Тисячі років людина споглядала Всесвіт і прагнула визначити його справжню міру. До 20 століття вчені почали розуміти, наскільки насправді величезний (а може навіть і нескінченний) Всесвіт.
І, дивлячись далі в космос і глибше назад у часі, космологи виявили деякі справді дивовижні речі. Наприклад, протягом 1960-х років астрономам стало відомо про мікрохвильове фонове випромінювання, яке було виявлено в усіх напрямках. Відомий як Космічний мікрохвильовий фон (СМВ), існування цього випромінювання допомогло повідомити наше розуміння того, як почався Всесвіт.
Опис:
CMB - це по суті електромагнітне випромінювання, що залишилося від найдавнішої космологічної епохи, що пронизує всю Всесвіт. Вважається, що він утворився приблизно через 380 000 років після Великого вибуху і містить тонкі вказівки на те, як формувалися перші зірки та галактики. Хоча це випромінювання невидиме за допомогою оптичних телескопів, радіотелескопи здатні виявляти слабкий сигнал (або світіння), який є найсильнішим у мікрохвильовій області радіочастотного спектру.
CMB видно на відстані 13,8 мільярда світлових років у всіх напрямках від Землі, що спонукає вчених визначити, що це справжній вік Всесвіту. Однак це не є свідченням справжнього масштабу Всесвіту. Зважаючи на те, що космос перебуває в стані розширення ще з початку Всесвіту (і розширюється швидше, ніж швидкість світла), КМБ - це лише найдаліший час назад, який ми здатні бачити.
Відносини до Великого вибуху:
CMB займає центральне місце в теорії великого вибуху і сучасних космологічних моделей (таких як модель Ламбда-CDM). За теорією, коли Всесвіт народився 13,8 мільярда років тому, вся матерія конденсувалася на єдину точку нескінченної щільності та надзвичайного тепла. Через надзвичайну теплоту та щільність речовини стан Всесвіту був надзвичайно нестабільним. Раптом ця точка почала розширюватися, і Всесвіт, як ми знаємо, почалася.
У цей час простір заповнювався рівномірним сяйвом білосніжних частинок плазми - які складалися з протонів, нейтронів, електронів і фотонів (світла). Між 380 000 і 150 мільйонами років після Великого вибуху, фотони постійно взаємоділи з вільними електронами і не могли проїхати великі відстані. Отже, чому цю епоху розмовно називають «темними віками».
Коли Всесвіт продовжувала розширюватися, вона охолоджувалася до тієї точки, коли електрони змогли поєднуватися з протонами, утворюючи атоми водню (т.к. Період рекомбінації). За відсутності вільних електронів фотони змогли безперешкодно рухатися по Всесвіту, і він почав з’являтися так, як це відбувається сьогодні (тобто прозорий і пронизаний світлом). Протягом протягом мільярдів років Всесвіт продовжувала розширюватися та сильно охолоджувати.
Завдяки розширенню простору, довжина хвиль фотонів зросла (стала "зміщеною") приблизно до 1 міліметра, а їх ефективна температура знизилася приблизно до абсолютного нуля - 2,7 Кельвіна (-270 ° C; -454 ° F). Ці фотони заповнюють журнал «Космос» і виглядають як фонове світіння, яке можна виявити на дальній інфрачервоній та радіохвильовій довжинах.
Історія навчання:
Про існування КМБ вперше теоретизував україно-американський фізик Джордж Гамов разом зі своїми студентами Ральфом Альфером та Робертом Германом у 1948 р. Ця теорія ґрунтувалася на їх дослідженнях наслідків нуклеосинтезу легких елементів (водню, гелію та літій) під час дуже раннього Всесвіту. По суті, вони зрозуміли, що для синтезу ядер цих елементів ранній Всесвіт повинен бути надзвичайно гарячим.
Вони також теоретизували, що залишкове випромінювання цього надзвичайно спекотного періоду пронизує Всесвіт і може бути виявленим. Через розширення Всесвіту вони підрахували, що це фонове випромінювання матиме низьку температуру 5 К (-268 ° С; -450 ° F) - всього на п’ять градусів вище абсолютного нуля - що відповідає довжинам хвиль НВЧ. Лише в 1964 році було виявлено перші докази щодо СМВ.
Це було результатом американських астрономів Арно Пензіаса та Роберта Вілсона за допомогою радіометра Dicke, який вони мали намір використовувати для експериментів з радіоастрономії та супутникового зв'язку. Однак, проводячи перше вимірювання, вони помітили перевищення температури 4,2 К антени, яку вони не могли врахувати, і пояснити їх можна лише наявністю фонового випромінювання. За своє відкриття Пензіасу та Вілсону в 1978 році було присуджено Нобелівську премію з фізики.
Спочатку виявлення СМВ було джерелом суперечок між прихильниками різних космологічних теорій. Якщо прихильники теорії великого вибуху стверджували, що це "реліктове випромінювання", що залишилося від Великого вибуху, прихильники теорії стійкої держави стверджували, що це результат розсіяного зоряного світла з далеких галактик. Однак до 1970-х років склався науковий консенсус, який сприяв інтерпретації Великого вибуху.
Протягом 1980-х наземні прилади встановлювали все більш жорсткі обмеження температурних перепадів КМВ. Сюди входили радянська місія RELIKT-1 на борту супутника Prognoz 9 (що була запущена в липні 1983 року) та місія NASA Cosmic Background Explorer (COBE) (результати яких були опубліковані в 1992 році). За свою роботу команда COBE отримала Нобелівську премію з фізики у 2006 році.
COBE також виявив перший акустичний пік CMB, акустичні коливання в плазмі, що відповідає великомасштабним коливанням щільності в ранньому Всесвіті, створених гравітаційними нестабільностями. Протягом наступного десятиліття було проведено багато експериментів, які складалися з наземних та балонних експериментів, метою яких було більш точні вимірювання першого акустичного піку.
Другий акустичний пік був орієнтовно виявлений декількома експериментами, але остаточно не був виявлений до моменту розгортання зонду Анізотропії Уілкінсона (WMAP) у 2001 р. Між 2001 та 2010 роками, коли місія була завершена, WMAP також виявив третій пік. Починаючи з 2010 року, декілька місій здійснюють моніторинг СМВ, щоб забезпечити вдосконалення вимірювань поляризації та малих коливань масштабу.
До них відносяться наземні телескопи, такі як QUEST в DASI (QUaD) і телескоп Південного полюса на станції Південний полюс Амудсен-Скотт, а також космологічний телескоп Atacama та телескоп Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) в Чилі. Тим часом Європейське космічне агентство Планк космічний апарат продовжує вимірювати КМБ з космосу.
Майбутнє CMB:
Згідно з різними космологічними теоріями, Всесвіт може в якийсь момент перестати розширюватися і розпочати реверс, кульмінація якого відбудеться в результаті краху, який відбудеться ще одним Великим Вибухом - ака. теорія великого криза За іншим сценарієм, відомим як Великий розрив, розширення Всесвіту врешті-решт призведе до того, що вся матерія та простір буде розірвані.
Якщо жоден із цих сценаріїв не є правильним, і Всесвіт продовжувала розширюватися зі швидкістю, CMB продовжить перекидання в крайню міру до тієї точки, де його більше не можна виявити. У цей момент його буде обганяти перше зіркове світло, створене у Всесвіті, а потім поля фонового випромінювання, вироблені процесами, які, як передбачається, відбуватимуться у майбутньому Всесвіту.
Ми написали багато цікавих статей про космічний мікрохвильовий фон тут у космічному журналі. Ось що таке космічне мікрохвильове фонове випромінювання ?, теорія великого вибуху: еволюція нашого Всесвіту, що було космічною інфляцією? Квест, щоб зрозуміти якнайшвидший Всесвіт, знакове відкриття: нові результати дають прямі дані для космічної інфляції, і наскільки швидко Всесвіт розширюється? Хаббл і Гея об'єдналися для проведення найточніших вимірювань на сьогоднішній день.
Для отримання додаткової інформації перегляньте сторінку місії NASA WMAP та сторінку місії ESA Планк.
Астрономічна ролях також має інформацію з цього питання. Слухайте тут: Епізод 5 - Великий вибух та космічна мікрохвильова піч
Джерела:
- ESA - Планк та фон космічних мікрохвильових піч
- Фізика Всесвіту - космічне випромінювання фону
- Космос - космічні мікрохвильові фону
- Вікіпедія - космічний мікрохвильовий фон
