A kozmikus mikrohullámú háttér-sugárzásról készült kép, amelyet az Európai Űrügynökség (ESA) 2013-as Planck-műholdja készített, az égbolton megjelenő kis eltéréseket mutatja
(Kép: © ESA / Planck együttműködés)
A kozmikus mikrohullámú hátteret (CMB) úgy gondolják, hogy a Nagyrobbanásból származó maradék sugárzás, vagy az az idő, amikor a világegyetem megkezdődött. Az elmélet mentén az univerzum megszületésekor gyors infláció és terjeszkedés ment keresztül. (Az univerzum ma is bővül, és a tágulási sebesség eltérőnek tűnik attól függően, hogy hol néz ki). A CMB a nagy robbanásból megmaradt hőt képviseli.
Nem láthatod a CMB-t szabad szemmel, de ez az univerzum minden területén megtalálható. Az emberek számára láthatatlan, mert olyan hideg, mindössze 2,725 fok az abszolút nulla felett (mínusz 459,67 fok vagy mínusz 273,15 Celsius fok). Ez azt jelenti, hogy sugárzása a legjobban látható az elektromágneses spektrum mikrohullámú részén.
Eredet és felfedezés
Az univerzum 13,8 milliárd évvel ezelőtt kezdődött, és a CMB körülbelül 400 000 évvel ezelőtt jött létre a Nagyrobbanás után. Ennek oka az, hogy az univerzum korai szakaszában, amikor csak százmillió volt a mai méretű, hőmérséklete extrém volt: 273 millió fok felett abszolút nulla, a NASA szerint.
Az abban az időben jelen lévő atomok gyorsan kis részecskékre (protonok és elektronok) bomlanak. A CMB által a fotonokból származó sugárzás (a fénymennyiségeket képviselő részecskék vagy más sugárzás) szétszórták az elektronokat. "Így a fotonok a korai világegyetemben sétáltak, csakúgy, mint az optikai fény sűrű ködben sétálva" - írta a NASA.
Körülbelül 380 000 évvel a nagy robbanás után az univerzum elég hűvös volt, hogy hidrogén képződhessen. Mivel a CMB fotonokat alig befolyásolja a hidrogén ütése, a fotonok egyenes vonalban haladnak. A kozmológusok utoljára szóródás felületére utalnak, amikor a CMB fotonjai utoljára elérik a kérdést; utána az univerzum túl nagy volt. Tehát amikor a CMB-t leképezzük, visszatekintünk időben 380 000 évre a nagy robbanás után, közvetlenül azután, hogy az univerzum átlátszatlan volt a sugárzás ellen.
Az Ralph Apher amerikai kozmológus először a CMB-t jósolta 1948-ban, amikor a NASA szerint Robert Hermannel és George Gamow-nal dolgozott. A csapat kutatásokat végzett a Nagyrobbanás nukleoszintézisével, vagy az univerzumban az elemek előállításával a hidrogén legkönnyebb izotópja (típusa) mellett. Ezt a fajta hidrogént az univerzum történetének nagyon korai szakaszában hozták létre.
De a CMB-t először véletlenül találták meg. 1965-ben a Bell Telephone Laboratories két kutatója (Arno Penzias és Robert Wilson) rádióvevőt készített, és zavarba ejtő zaj miatt. Hamar rájöttek, hogy a zaj egyenletesen jött az egész égboltból. Ugyanakkor a Princeton Egyetem egy csoportja (Robert Dicke vezetésével) megpróbálta megtalálni a CMB-t. Dicke csapata megérezte a Bell-kísérletet, és rájött, hogy a CMB-t megtalálták.
Mindkét csapat gyorsan közzétette az Astrophysical Journal lapjait 1965-ben, Penzias és Wilson beszélt arról, amit láttak, és Dicke csapata elmagyarázta, hogy mit jelent ez az univerzum kontextusában. (Később Penzias és Wilson egyaránt megkapta az 1978. évi fizika Nobel-díjat).
Részletesebben tanulmányozni
A CMB hasznos a tudósok számára, mert segít megismerni a korai világegyetem kialakulásának módját. Egyenletes hőmérsékleten, csak apró ingadozásokkal láthatók a pontos távcsövekkel. "Ezen ingadozások tanulmányozásával a kozmológusok megismerhetik a galaxisok eredetét és a galaxisok nagy léptékű szerkezeteit, és meg tudják mérni a Big Bang elmélet alapvető paramétereit" - írta a NASA.
Míg a CMB egyes részeit a felfedezése utáni következő évtizedekben térképezték, az első űrtartalmú teljes égbolt térkép a NASA kozmikus háttér-felfedezőjének (COBE) küldetéséből származott, amelyet 1989-ben indítottak és 1993-ban befejezték a tudományos műveleteket. Ez a „baba kép - ahogy a NASA hívja fel, megerősítette a Nagyrobbanás elméletének előrejelzéseit, és olyan tippeket mutatott a kozmikus struktúráról, amelyeket korábban még nem láttak. 2006-ban a fizikai Nobel-díjat John Mather, a NASA Goddard űrrepülési központjának COBE tudósai és George Smoot kapta a Berkeley-i kaliforniai egyetemen.
A részletesebb térkép 2003-ban jött létre a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) segítségével, amely 2001 júniusában indult el és 2010-ben abbahagyta a tudományos adatok gyűjtését. Az első kép az univerzum kora szerint 13,7 milliárd év volt (egy mérés azóta finomított 13,8 milliárdra). év), és meglepetést is felfedt: a legrégebbi csillagok körülbelül 200 millió évvel a Nagyrobbanás után kezdtek ragyogni, jóval korábban, amire számítottak.
A tudósok követik ezeket az eredményeket az univerzum nagyon korai inflációs stádiumainak tanulmányozásával (a kialakulás utáni trillió másodpercben), és pontosabb paramétereket adtak az atom sűrűségére, az univerzum csomósságára és az univerzum egyéb tulajdonságaira, közvetlenül a kialakulása után. Furcsa aszimmetriát láttak az ég mindkét féltekéjén az átlaghőmérsékleten, valamint a vártnál nagyobb "hideg foltot". A WMAP csapata munkájáért megkapta a 2018-as Áttörés Díjat az Alapvető Fizikában.
2013-ban kiadták az Európai Űrügynökség Planck űrteleszkópjának adatait, amelyek a CMB eddig legpontosabb képet mutatták. A tudósok egy további rejtélyt fedeztek fel ezzel az információval: A CMB ingadozása a nagy szögméreteknél nem felelt meg az előrejelzéseknek. Planck megerősítette azt is, amit a WMAP látott az aszimmetria és a hideg folt szempontjából. Planck végleges adatszolgáltatása 2018-ban (a misszió 2009 és 2013 között működött) több bizonyítékot mutatott arra, hogy a sötét anyag és a sötét energia - a rejtélyes erők, amelyek valószínűleg az univerzum felgyorsulásának hátterében állnak - léteznek.
Más kutatási erőfeszítések megkísérelték megvizsgálni a CMB különféle aspektusait. Az egyik meghatározza az E-módoknak nevezett polarizáció típusait (amelyeket az Antarktiszon alapuló fokos szögmérő interferométer fedezett fel 2002-ben) és a B-módokat. B-módok előállíthatók az E-módok gravitációs lencséjéből (ezt a lencsét először látta a South Pole Telescope 2013-ban) és a gravitációs hullámokból (amelyeket először 2016-ban figyeltek meg az Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, vagy a LIGO segítségével). 2014-ben az antarktiszi BICEP2 műszerről azt állították, hogy megtalálta a gravitációs hullám B-módjait, de a további megfigyelések (beleértve a Planck munkáját) azt mutatták, hogy ezeket az eredményeket kozmikus por okozta.
2018 közepétől kezdve a tudósok továbbra is azt a jelet keresik, amely rövidtávon a nagy robbanás után rámutatott a világegyetem gyors terjeszkedésére. Abban az időben az univerzum egyre nagyobb lett egy gyorsabb ütemben, mint a fény sebessége. Ha ez történt, a kutatók azt gyanítják, hogy ennek láthatónak kell lennie a CMB-ben egy polarizáció révén. Az abban az évben végzett tanulmány azt sugallta, hogy a nano-gyémántok fénye halvány, de észrevehető fényt hoz létre, amely zavarja a kozmikus megfigyeléseket. Most, hogy ezt a ragyogást figyelembe vették, a jövőbeni vizsgálatok eltávolíthatják azt, hogy jobban megkereshessék a CMB gyenge polarizációját - mondta a tanulmány szerzői abban az időben.
További forrás
- NASA: A Big Bang tesztei: A CMB
