Kosminės mikrobangų foninės radiacijos vaizdas, kurį 2013 m. Paėmė Europos kosmoso agentūros (ESA) palydovas „Planck“, rodo nedidelius dangaus kitimus.
(Vaizdas: © ESA / „Planck“ bendradarbiavimas)
Manoma, kad kosminis mikrobangų fonas (CMB) yra didžiojo sprogimo likusi radiacija arba laikas, kai prasidėjo Visata. Teorijai einant į pasaulį, gimė greita infliacija ir plėtra. (Visata vis dar plečiasi ir šiandien, atsižvelgiant į tai, kur žiūrite, plėtimosi greitis atrodo skirtingas). CMB atspindi nuo Didžiojo sprogimo likusią šilumą.
Jūs negalite pamatyti CMB plika akimi, bet jis yra visur Visatoje. Žmonėms jis nematomas, nes yra toks šaltas, vos 2,725 laipsnių aukščiau absoliutaus nulio (minus 459,67 laipsniai Farenheito arba minus 273,15 laipsniai Celsijaus.) Tai reiškia, kad jo spinduliuotė labiausiai matoma elektromagnetinio spektro mikrobangų dalyje.
Kilmė ir atradimai
Visata prasidėjo prieš 13,8 milijardo metų, o CMB atsirado maždaug prieš 400 000 metų po Didžiojo sprogimo. Taip yra todėl, kad ankstyvaisiais Visatos tarpsniais, kai ji buvo tik šimto milijono dydžio, kokia ji yra šiandien, jos temperatūra buvo kraštutinė: 273 milijonai laipsnių aukščiau absoliutus nulis, teigia NASA.
Visi tuo metu esantys atomai buvo greitai suskaidomi į mažas daleles (protonus ir elektronus). CMB spinduliuotė fotonuose (dalelėse, vaizduojančiose šviesos kiekius, ar kitoje radiacijoje) buvo išsklaidyta nuo elektronų. „Taigi fotonai klajojo per ankstyvąją visatą, lygiai kaip optinė šviesa klaidžioja per tankų rūką“, - rašė NASA.
Praėjus maždaug 380 000 metų po Didžiojo sprogimo, Visata buvo pakankamai atvėsusi, kad galėjo susidaryti vandenilis. Kadangi CMB fotonams beveik nepaveikiamas smūgis į vandenilį, fotonai keliauja tiesiomis linijomis. Kosmologai nurodo „paskutinio išsibarstymo paviršių“, kai paskutinis CMB fotonų poveikis buvo reikšmingas; po to Visata buvo per didelė. Taigi, kai apžvelgiame CMB, mes žvelgiame atgal į 380 000 metų po Didžiojo sprogimo, iškart po to, kai Visata buvo nepermatoma radiacijos.
Amerikiečių kosmologas Ralphas Apheris pirmą kartą numatė CMB 1948 m., Kai dirbo su Robertu Hermanu ir George'u Gamowu, praneša NASA. Komanda atliko tyrimus, susijusius su didžiojo sprogimo nukleosinteze arba elementų gamyboje visatoje, išskyrus lengviausią vandenilio izotopą (tipą). Šis vandenilio tipas buvo sukurtas labai anksti Visatos istorijoje.
Bet pirmiausia CMB buvo rastas atsitiktinai. 1965 m. Du tyrėjai su „Bell Telephone Laboratories“ (Arno Penzias ir Robertas Wilsonas) kūrė radijo imtuvą ir buvo suglumę dėl skleidžiamo triukšmo. Jie netrukus suprato, kad iš visų dangaus sklinda triukšmas. Tuo pat metu Prinstono universiteto komanda (vadovaujama Roberto Dicke'o) bandė surasti CMB. Dicke'io komanda patyrė Bellos eksperimento vėją ir suprato, kad CMB buvo rastas.
Abi komandos greitai paskelbė dokumentus „Astrophysical Journal“ 1965 m., Penziasas ir Wilsonas kalbėjo apie tai, ką matė, o Dicke'o komanda paaiškino, ką tai reiškia visatos kontekste. (Vėliau Penziasas ir Wilsonas abu gavo 1978 m. Nobelio fizikos premiją).
Studijos išsamiau
CMB yra naudingas mokslininkams, nes padeda mums sužinoti, kaip susiformavo ankstyvoji visata. Jis yra vienodos temperatūros, o tiksliais teleskopais matomi tik maži svyravimai. „Tyrinėdami šiuos svyravimus, kosmologai gali sužinoti apie galaktikų kilmę ir didelio masto galaktikų struktūras ir išmatuoti pagrindinius Didžiojo sprogimo teorijos parametrus“, - rašė NASA.
Nors CMB dalys buvo kartojamos per kelis ateinančius dešimtmečius po jos atradimo, pirmasis kosminis viso dangaus žemėlapis atsirado iš NASA misijos „Cosmic Background Explorer“ (COBE) misijos, kuri buvo pradėta 1989 m. Ir nutraukė mokslo operacijas 1993 m. Šis „kūdikio paveikslas“ Visatos visuma, kaip ją vadina NASA, patvirtino Didžiojo sprogimo teorijos prognozes ir taip pat parodė dar nematytas kosminės struktūros užuominas. 2006 m. Nobelio fizikos premija buvo paskirta COBE mokslininkams Johnui Matheriui NASA Goddardo kosminių skrydžių centre ir George'ui Smootui Kalifornijos universitete, Berkeley.
Išsamesnis žemėlapis buvo pateiktas 2003 m., Sutikus su Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondu (WMAP), kuris buvo paleistas 2001 m. Birželio mėn. Ir nustojo kaupti mokslo duomenis 2010 m. metų) ir taip pat atskleidė staigmeną: seniausios žvaigždės pradėjo spindėti maždaug po 200 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, daug anksčiau, nei prognozuota.
Mokslininkai sekė šiuos rezultatus tyrinėdami pačius ankstyviausius visatos infliacijos etapus (trilijoną sekundės po susidarymo) ir pateikdami tikslesnius atomo tankio, visatos purumo ir kitų visatos savybių parametrus netrukus po jos susidarymo. Jie taip pat matė keistą vidutinės temperatūros asimetriją abiejuose dangaus pusrutuliuose ir didesnę nei tikėtasi „šaltą vietą“. WMAP komanda už savo darbą gavo 2018-ųjų proveržį pagrindinės fizikos premijoje.
2013 m. Buvo išleisti duomenys iš Europos kosmoso agentūros „Planck“ kosminio teleskopo, rodantys aukščiausią iki šiol tikslią CMB nuotrauką. Su šia informacija mokslininkai atskleidė dar vieną paslaptį: CMB svyravimai didelėmis kampinėmis skalėmis neatitiko prognozių. Plankas taip pat patvirtino tai, ką WMAP matė dėl asimetrijos ir šalčio. Planko galutinis duomenų paskelbimas 2018 m. (Misija vykdė nuo 2009 iki 2013 m.) Parodė daugiau įrodymų, kad tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos - paslaptingos jėgos, kurios greičiausiai slypi už Visatos pagreičio egzistavimą.
Kitais tyrimais buvo bandoma pažvelgti į skirtingus CMB aspektus. Vienas iš jų yra poliarizacijos rūšių, vadinamų E režimais, nustatytais Antarktidos laipsnių kampinio masto interferometru 2002 m., Nustatymas ir B režimai. B režimai gali būti gaminami iš E režimų gravitacinių lęšių (šis objektyvas pirmą kartą buvo pastebėtas Pietų ašigalio teleskopu 2013 m.) Ir gravitacinių bangų (kurios pirmą kartą buvo pastebėtos 2016 m., Naudojant pažangių lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatoriją arba LIGO). Teigiama, kad 2014 m. Antarktidoje esantis BICEP2 instrumentas rado gravitacinių bangų B režimus, tačiau tolesni stebėjimai (įskaitant darbą iš „Planck“) parodė, kad šie rezultatai atsirado dėl kosminių dulkių.
Nuo 2018 m. Vidurio mokslininkai vis dar ieško signalo, kuris parodė trumpą greito Visatos plėtimosi periodą netrukus po Didžiojo sprogimo. Tuo metu visata darėsi didesnė nei šviesos greitis. Jei taip atsitiko, tyrėjai įtaria, kad tai turėtų būti matoma CMB per poliarizacijos formą. Tais metais atliktas tyrimas parodė, kad nanodimandų švytėjimas sukuria silpną, bet pastebimą šviesą, trukdančią kosminiams stebėjimams. Tuo metu, kai šis spindesys buvo įvertintas, būsimi tyrimai galėtų jį pašalinti, kad būtų geriau ieškoma silpnos poliarizacijos CMB, tuo metu teigė tyrimo autoriai.
Papildomas šaltinis
- NASA: Didžiojo sprogimo bandymai: CMB
