Az emberek évezredek óta fontolgatják a világegyetemet, és megpróbálták meghatározni annak valódi mértékét. A 20. századra a tudósok megértették, milyen hatalmas (és talán még végtelen is) az Univerzum.
És az űrbe távolabbi, és az idő mélyebb pontjain való keresés során a kozmológusok felfedezték igazán elképesztő dolgokat. Például az 1960-as években a csillagászok felfedezték a mikrohullámú háttér sugárzást, amely minden irányban kimutatható volt. Kozmikus mikrohullámú háttérként (CMB) néven ismert sugárzás megléte segített megérteni a Világegyetem kezdődésének megértését.
Leírás:
A CMB alapvetően elektromágneses sugárzás, amely a legkorábbi kozmológiai korszakból maradt, amely áthatolja az egész Univerzumot. Úgy gondolják, hogy körülbelül 380 000 évvel a nagy robbanás után alakult ki, és finoman utal arra, hogy miként alakultak ki az első csillagok és galaxisok. Noha ez a sugárzás optikai távcsövekkel láthatatlan, a rádióteleszkópok képesek érzékelni a halk jelet (vagy fényt), amely a rádióspektrum mikrohullámú tartományában a legerősebb.
A CMB 13,8 milliárd fényév távolságban látható minden irányban a Földtől, vezetve a tudósokat annak megállapításához, hogy ez a Világegyetem valódi kora. Ez azonban nem jelenti a világegyetem valódi kiterjedését. Tekintettel arra, hogy az űr a korai világegyetem óta a tágulás állapotában van (és a fénysebességnél gyorsabban bővül), a CMB csupán a legtávolabbi időben a látásra képesek.
Kapcsolat a Nagyrobbanással:
A CMB központi eleme a Big Bang Theory és a modern kozmológiai modelleknek (például a Lambda-CDM modellnek). Ahogy az elmélet megy, amikor az univerzum 13,8 milliárd évvel ezelőtt született, az összes anyag a végtelen sűrűség és a szélsőséges hő egyetlen pontjára kondenzálódott. Az anyag rendkívüli hő- és sűrűsége miatt az Univerzum állapota rendkívül instabil volt. Hirtelen ez a pont kibővült, és a világegyetem, ahogy tudjuk, kezdődött.
Ebben az időben a teret egyenletes fehér-forró plazma részecskék ragyogták meg - amelyek protonok, neutronok, elektronok és fotonok (fény) álltak. A nagy robbanás után 380 000 és 150 millió évvel a fotonok folyamatosan kölcsönhatásba léptek a szabad elektronokkal, és nem tudtak nagy távolságot megtenni. Ezért hívják ezt a korszakot köznyelven „sötét koroknak”.
Ahogy az univerzum tovább terjeszkedett, lehűlött addig a pontig, ahol az elektronok képesek voltak a protonokkal egyesülni hidrogénatomok kialakítására (más néven: a rekombinációs időszak). Szabad elektronok hiányában a fotonok akadálytalanul képesek voltak mozogni az Univerzumon, és úgy jelentek meg, ahogy ma van (azaz átlátszó és a fény által áthatolt). A közbenső milliárd éven keresztül az Univerzum tovább bővült, és nagymértékben lehűlt.
A tér tágulása következtében a fotonok hullámhosszai kb. 1 mm-re növekedtek (vöröseltolódtak), és tényleges hőmérséklete alig haladta meg az abszolút nullát - 2,7 kelvin (-270 ° C; -454 ° F). Ezek a fotonok kitöltik az Űrmagazinot, és háttérvilágításként jelennek meg, amely érzékelhető a távoli infravörös és a rádióhullámhosszon.
A tanulmány története:
A CMB létezését először George Gamow ukrán-amerikai fizikus, hallgatói, Ralph Alpher és Robert Herman közreműködésével 1948-ban fogalmazta meg. Ez az elmélet a fényelemek (hidrogén, hélium és hidrogén, valamint lítium) a nagyon korai világegyetem alatt. Alapvetően rájöttek, hogy ezen elemek atommagjának szintetizálása érdekében a korai világegyetemnek rendkívül forrónak kell lennie.
Arra gondoltak még, hogy e rendkívül forró időszakból származó maradék sugárzás áthatol az Univerzumban, és kimutatható lesz. Az univerzum tágulása miatt becsléseik szerint ennek a háttér-sugárzásnak alacsony a hőmérséklete 5 K (-268 ° C; -450 ° F) - csupán öt fokkal az abszolút nulla felett - ami megfelel a mikrohullámú hullámhossznak. Csak 1964-ben fedezték fel a CMB-re vonatkozó első bizonyítékokat.
Ez az amerikai csillagászok, Arno Penzias és Robert Wilson eredménye volt, a Dicke radiométer segítségével, amelyet rádiócsillagászati és műholdas kommunikációs kísérletekre szántak. Az első mérés során azonban észrevették a 4,2K-os antennahőmérsékletet olyan magas hőmérsékleten, amelyet nem tudtak beszámolni, és csak a háttér sugárzás jelenlétével magyarázhatók. Felismerésükért Penzias és Wilson 1978-ban Nobel-díjjal jutalmazták a fizikát.
A CMB kimutatása kezdetben vita tárgyát képezte a különböző kozmológiai elméletek támogatói között. Míg a Nagyrobbanás-elmélet támogatói azt állították, hogy ez a „relikviás sugárzás” maradt a Nagyrobbanástól, az Állandó Államelmélet támogatói azt állították, hogy ez távoli galaxisok szétszórt csillagfényének eredménye. Az 1970-es évekre azonban tudományos konszenzus alakult ki, amely elősegítette a Nagyrobbanás értelmezését.
Az 1980-as évek során a földi eszközök egyre szigorúbb korlátokat szabtak a CMB hőmérsékleti különbségeire. Ide tartoztak a szovjet RELIKT-1 misszió a Prognoz 9 műholdas fedélzetén (amelyet 1983 júliusában indítottak el) és a NASA Cosmic Background Explorer (COBE) missziója (akiknek az eredményeit 1992-ben tették közzé). Munkájáért a COBE csapata 2006-ban Nobel-díjat kapott a fizikában.
A COBE észlelte a CMB első akusztikus csúcsát is, a plazma akusztikus rezgéseit, amelyek megfelelnek a korai univerzumban a gravitációs instabilitások által előidézett nagy sűrűségváltozásoknak. A következő évtizedben számos kísérlet következett, amelyek földi és léggömb alapú kísérletekből álltak, amelyek célja az első akusztikus csúcs pontosabb mérése volt.
A második akusztikus csúcsot kísérletileg több kísérlettel detektálták, de addig nem tudták véglegesen detektálni, amíg 2001-ben a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szondát (WMAP) nem helyezték üzembe. 2001 és 2010 között, amikor a misszió befejeződött, a WMAP egy harmadik csúcsot is észlel. 2010 óta több misszió nyomon követi a CMB-t a polarizáció és a sűrűség kismértékű eltéréseinek jobb mérése érdekében.
Ide tartoznak a földi távcsövek, például a QUEST at DASI (QUaD) és a South Pole távcső az Amudsen-Scott South Pole állomáson, valamint az Atacama kozmológiai távcső és a Q / U Imaging ExperimentT (QUIET) távcső Chileben. Közben az Európai Űrügynökség Planck az űrhajó továbbra is méri a CMB-t az űrből.
A CMB jövője:
Különböző kozmológiai elméletek szerint az Univerzum bizonyos esetekben abbahagyhatja a tágulást, és megfordulást kezdeményezhet, egy összeomlás következményeként végződik, amelyet egy másik Nagyrobbanás követ. a Big Crunch elmélete. Egy másik, a Big Rip néven ismertetett forgatókönyv szerint az Univerzum kibővülése végül az összes anyagot és az űridőt elválasztja.
Ha ezen forgatókönyvek egyike sem helyes, és az Univerzum tovább gyorsult, az CMB folytatja a vörös váltást arra a pontra, ahol már nem észlelhető. Ezen a ponton elhaladja az Univerzumban létrehozott első csillagfény, majd a feltételezett folyamatok által előidézett háttér-sugárzási mezők zajlanak az Univerzum jövőjében.
Sok érdekes cikket írtunk a kozmikus mikrohullámú háttérről itt, a Space Magazine-ban. Itt van: Mi a kozmikus mikrohullámú háttér sugárzás ?, Big Bang Theory: Univerzumunk evolúciója, mi volt a kozmikus infláció? A legkorábbi világegyetem megértésének törekvése, a Landmark Discovery: Az új eredmények közvetlen bizonyítékokat szolgáltatnak a kozmikus inflációra, és milyen gyorsan terjeszkedik az univerzum? Hubble és Gaia csapata készen áll a legpontosabb mérések elvégzésére.
További információkért nézze meg a NASA WMAP küldetési oldalát és az ESA Planck küldetési oldalát.
A csillagászat szereplői is rendelkeznek információkkal a témában. Hallgassa meg itt: 5. rész - A nagy robbanás és a kozmikus mikrohullámú háttér
Forrás:
- ESA - Planck és a kozmikus mikrohullámú háttér
- Az univerzum fizikája - Kozmikus háttér sugárzás
- Kozmosz - Kozmikus mikrohullámú háttér
- Wikipedia - Kozmikus mikrohullámú háttér
