Se crede că fundalul cosmic al microundelor (CMB) este radiația rămasă din Big Bang sau momentul în care a început universul. După cum spune teoria, când s-a născut universul, acesta a suferit o inflație și expansiune rapide. (Universul se extinde și astăzi, iar rata de expansiune pare diferită în funcție de locul în care te uiți). CMB reprezintă căldura rămasă din Big Bang.
Nu puteți vedea CMB cu ochiul liber, dar este peste tot în univers. Este invizibil pentru oameni, deoarece este atât de rece, la doar 2,725 grade peste zero absolut (minus 459,67 grade Fahrenheit sau minus 273,15 grade Celsius.) Aceasta înseamnă că radiația sa este cea mai vizibilă în partea cu microunde a spectrului electromagnetic.
Origini și descoperire
Universul a început cu 13,8 miliarde de ani în urmă, iar CMB datează de la aproximativ 400.000 de ani după Big Bang. Asta se întâmplă pentru că în primele etape ale universului, când era doar o sută -milioane dimensiunea pe care o are astăzi, temperatura sa a fost extremă: 273 milioane de grade peste zero absolut, potrivit NASA.
Orice atom prezenți în acel moment a fost repartizat rapid în particule mici (protoni și electroni). Radiația din CMB în fotoni (particule reprezentând cuantici de lumină sau alte radiații) a fost împrăștiată de pe electroni. „Astfel, fotonii au rătăcit prin universul timpuriu, la fel cum lumina optică rătăcește printr-o ceață densă”, a scris NASA.
La aproximativ 380.000 de ani de la Big Bang, universul a fost suficient de rece încât hidrogenul s-ar putea forma. Deoarece fotonii CMB sunt abia afectați de lovirea hidrogenului, fotonii călătoresc în linii drepte. Cosmologii se referă la o „suprafață a ultimei împrăștieri” atunci când fotonii CMB au lovit ultima dată materia; după aceea, universul a fost prea mare. Deci, atunci când mapăm CMB, ne uităm înapoi la timp, la 380.000 de ani după Big Bang, imediat după ce universul a fost opac la radiații.
Cosmetologul american Ralph Apher a prezis pentru prima dată CMB în 1948, când lucra cu Robert Herman și George Gamow, potrivit NASA. Echipa făcea cercetări legate de nucleosinteza Big Bang-ului sau de producerea de elemente din univers în afară de cel mai ușor izotop (tip) de hidrogen. Acest tip de hidrogen a fost creat foarte devreme în istoria universului.
Dar CMB a fost găsit pentru prima dată accidental. În 1965, doi cercetători cu Bell Telephone Laboratories (Arno Penzias și Robert Wilson) au creat un receptor radio și au fost nedumeriți Ei au dat seama în curând că zgomotul a venit uniform din tot cerul. În același timp, o echipă de la Universitatea Princeton (condusă de Robert Dicke) încerca să găsească CMB. Echipa lui Dicke a luat vânt a experimentului Bell și a realizat că CMB a fost găsit.
Ambele echipe au publicat rapid lucrări în Astrophysical Journal în 1965, cu Penzias și Wilson vorbind despre ceea ce au văzut și echipa lui Dicke explicând ce înseamnă în contextul universului. (Mai târziu, Penzias și Wilson a primit ambele Premiul Nobel pentru fizică din 1978).
Studierea mai detaliată
CMB este util oamenilor de știință, deoarece ne ajută să învățăm cum s-a format universul timpuriu. o temperatură uniformă, cu doar mici fluctuații vizibile cu telescoape precise. „Studiind aceste fluctuații, cosmologii pot afla despre originea galaxiilor și a structurilor pe scară largă ale galaxiilor și pot măsura parametrii de bază ai teoriei Big Bang”, a scris NASA.
În timp ce porțiuni din CMB au fost cartografiate în deceniile următoare după descoperirea sa, prima hartă spațială bazată pe cerul plin a venit de la misiunea NASA Cosmic Background Explorer (COBE), lansată în 1989 și a încetat operațiuni științifice în 1993. Această „imagine a bebelușului” universului, ca N ASA îl numește, a confirmat predicțiile teoriei Big Bang și a arătat, de asemenea, indicii de structură cosmică care nu au fost văzute înainte. În 2006, Premiul Nobel pentru fizică a fost acordat oamenilor de știință COBE John Mather la NASA Goddard Space Flight Center și George Smoot de la Universitatea din California, Berkeley.
O hartă mai detaliată a venit în 2003, prin amabilitatea Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), care a fost lansată în iunie 2001 și a oprit colectarea științei date în 2010. Prima imagine a fixat vârsta universului la 13,7 miliarde de ani (o măsurătoare de când a fost rafinată la 13,8 miliarde de ani) și a dezvăluit și o surpriză: cele mai vechi stele au început să strălucească la aproximativ 200 de milioane de ani după Big Bang, mult mai devreme prezis.
Oamenii de știință au urmărit aceste rezultate prin studierea etapelor de inflație foarte timpurii ale universului (în trilioane de secunde după formare) și prin oferirea unor parametri mai preciși asupra densității atomului, a greutății universului și a altor proprietăți a universului la scurt timp după ce a fost format. Au văzut, de asemenea, o asimetrie ciudată la temperaturi medii în ambele emisfere ale cerului și un „punct rece” care era mai mare decât se aștepta. Echipa WMAP a primit premiul Breakthrough 2018 în fizică fundamentală pentru munca lor.
În 2013, au fost lansate datele de la telescopul spațial Planck al Agenției Spațiale Europene, care arată cea mai înaltă precizie a CMB până acum. Oamenii de știință a descoperit un alt mister cu aceste informații: fluctuațiile din CMB la scări unghiulare mari nu se potriveau cu predicțiile. Planck a confirmat, de asemenea, ceea ce WMAP a văzut în ceea ce privește asimetria și punctul rece. Comunicarea finală a datelor Planck în 2018 (misiunea a funcționat între 2009 și 2013) au arătat mai multe dovezi că materia întunecată și energia întunecată – forțe misterioase care sunt probabil în spatele accelerării universului – par să existe.
Alte eforturi de cercetare au încercat să analizeze diferite aspecte ale CMB. Unul este determinarea tipurilor de polarizare numite moduri E (descoperite de interferometrul cu grad angular cu grad în Antarctica în 2002) și moduri B. Modurile B pot fi produse din lentilele gravitaționale ale modurilor E (această lentilă a fost văzută pentru prima dată de Telescopul Polului Sud în 2013) și undele gravitaționale (care au fost observate pentru prima dată în 2016 folosind Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, sau LIGO). În 2014, instrumentul BICEP2 bazat pe Antarctica a spus că a găsit moduri de undă gravitațională B, dar observațiile ulterioare (inclusiv lucrările de la Planck) au arătat că aceste rezultate s-au datorat prafului cosmic. , oamenii de știință încă caută semnalul care a arătat o scurtă perioadă de expansiune rapidă a universului la scurt timp după Big Bang. În acel moment, universul devenea tot mai mare cu o viteză mai mare decât viteza luminii. Dacă s-a întâmplat acest lucru, cercetătorii suspectează că acest lucru ar trebui să fie vizibil în CMB printr-o formă de polarizare. Un studiu din acel an a sugerat că o strălucire din nanodiamante creează o lumină slabă, dar discernabilă, care interferează cu observațiile cosmice. Acum, că această strălucire este luată în considerare, investigațiile viitoare ar putea să o elimine pentru a căuta mai bine polarizarea slabă în CMB, au spus atunci autorii studiului.