Tisućama godina ljudsko biće razmišlja o Svemiru i nastoji odrediti njegov istinski opseg. Do 20. stoljeća znanstvenici su počeli shvaćati koliko je svemir zaista velik (a možda čak i beskrajan).
I dok su gledali dalje u svemir i dublje u prošlost, kozmolozi su otkrili neke zaista nevjerojatne stvari. Na primjer, tijekom 1960-ih, astronomi su postali svjesni mikrovalnog pozadinskog zračenja koje je bilo otkriti u svim smjerovima. Poznato kao Kozmička mikrovalna pozadina (CMB), postojanje ovog zračenja pomoglo nam je u informiranju o našem shvaćanju kako je Svemir započeo.
Opis:
CMB je u osnovi elektromagnetsko zračenje preostalo iz najranije kozmološke epohe koja prožima cijeli Univerzum. Smatra se da je nastao oko 380.000 godina nakon Velikog praska i sadrži suptilne naznake kako su nastale prve zvijezde i galaksije. Iako je ovo zračenje nevidljivo pomoću optičkih teleskopa, radio-teleskopi mogu otkriti slabi signal (ili sjaj) koji je najjači u mikrovalnoj regiji radio-spektra.
CMB je vidljiv na udaljenosti od 13,8 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima od Zemlje, što vodeće znanstvenike utvrđuje da je to pravo doba svemira. Međutim, to nije pokazatelj pravog opsega Univerzuma. S obzirom da je svemir u stanju širenja još od ranog Svemira (i širi se brže od brzine svjetlosti), CMB je samo najudaljenije vrijeme u vremenu koje smo sposobni vidjeti.
Odnos prema Velikom prasku:
CMB je središnji dio teorije Velikog praska i modernih kozmoloških modela (poput Lambda-CDM modela). Kako teorija kaže, kada se Svemir rodio prije 13,8 milijardi godina, sva se materija kondenzirala na jednu točku beskonačne gustoće i ekstremne topline. Zbog ekstremne topline i gustoće materije, stanje svemira bilo je vrlo nestabilno. Odjednom se ta točka počela širiti, a svemir kakav znamo znamo.
U to je vrijeme prostor bio ispunjen jednoličnim sjajem bijelih vrućih čestica plazme - koji su se sastojali od protona, neutrona, elektrona i fotona (svjetlost). Između 380.000 i 150 milijuna godina nakon Velikog praska, fotoni su stalno komunicirali sa slobodnim elektronima i nisu mogli putovati velike udaljenosti. Stoga se ova epoha kolokvijalno naziva „tamnim vijekom“.
Kako se svemir nastavio širiti, ohladio se do točke u kojoj su se elektroni mogli kombinirati s protonima da bi tvorili vodikove atome (aka. Razdoblje rekombinacije). U nedostatku slobodnih elektrona, fotoni su se mogli nesmetano kretati kroz Svemir i on se počeo pojavljivati kao i danas (tj. Proziran i prožet svjetlošću). Tijekom nekoliko milijardi godina, svemir se nastavio širiti i snažno ohladiti.
Zbog širenja prostora, valna duljina fotona narasla je (postala je "pomaknuta") na otprilike 1 milimetar, a njihova efektivna temperatura pala je na malo iznad apsolutne nule - 2,7 Kelvina (-270 ° C; -454 ° F). Ovi fotoni ispunjavaju Magazine Space i izgledaju kao pozadinski sjaj koji se može otkriti u dalekoj infracrvenoj i radio valnoj duljini.
Povijest studija:
Postojanje CMB-a prvi je teoretizirao ukrajinsko-američki fizičar George Gamow, zajedno sa svojim studentima, Ralphom Alpherom i Robertom Hermanom, 1948. Ta se teorija temeljila na njihovim istraživanjima posljedica nukleosinteze svjetlosnih elemenata (vodika, helija i litij) tijekom vrlo ranog Svemira. U osnovi, shvatili su da je za sintetiziranje jezgara tih elemenata rani Svemir potrebno izrazito vruće.
Nadalje su teoretizirali da će preostalo zračenje iz ovog izuzetno vrućeg razdoblja prožimati svemir i da će ga se moći otkriti. Zbog širenja svemira, procijenili su da će ovo pozadinsko zračenje imati nisku temperaturu od 5 K (-268 ° C; -450 ° F) - samo pet stupnjeva iznad apsolutne nule - što odgovara mikrovalovnim valnim duljinama. Tek su 1964. otkriveni prvi dokazi za CMB.
Rezultat su to američki astronomi Arno Penzias i Robert Wilson koji su koristili radiometar Dicke, koji su namjeravali koristiti za eksperimente radio-astronomije i satelitske komunikacije. No, prilikom prvog mjerenja primijetili su višak 4.2K temperature antene koju nisu mogli uzeti u obzir i mogli su ih objasniti samo prisutnošću pozadinskog zračenja. Za svoje otkriće Penzias i Wilson su 1978. dobili Nobelovu nagradu za fiziku.
U početku je otkrivanje CMB-a izazvalo nesuglasice između pristalica različitih kozmoloških teorija. Dok su zagovornici teorije Velikog praska tvrdili da je to "relikvijsko zračenje" preostalo od Velikog praska, zagovornici teorije stabilnog stanja tvrdili su da je ona rezultat raspršene zvjezdane svjetlosti iz dalekih galaksija. Međutim, u 1970-ima se stvorio znanstveni konsenzus koji je favorizirao tumačenje Velikog praska.
Tijekom 1980-ih, zemaljski instrumenti postavljali su sve stroža ograničenja temperaturnih razlika CMB. Među njima je bila sovjetska misija RELIKT-1 na satelitu Prognoz 9 (koja je lansirana u srpnju 1983.) i NASA-ina misija Cosmic Background Explorer (COBE) (čiji su nalazi objavljeni 1992.). COBE tim je 2006. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku.
COBE je također otkrio prve zvučne vrhove CMB-a, akustičke oscilacije u plazmi što odgovara velikim promjenama gustoće u ranom svemiru stvorenim gravitacijskim nestabilnostima. Tijekom sljedećeg desetljeća uslijedili su brojni eksperimenti, koji su se sastojali od eksperimenata na osnovi tla i balona, čija je svrha bila pružiti preciznija mjerenja prvog akustičkog vrha.
Drugi akustični vrh bio je probno otkriven nekoliko eksperimenata, ali nije definitivno detektiran sve dok Wilkinson mikrovalna anizotropna sonda (WMAP) nije primijenjena 2001. godine. Između 2001. i 2010., kada je misija zaključena, WMAP je također otkrio treći vrhunac. Od 2010. godine više misija nadgleda CMB radi poboljšanja mjerenja polarizacije i malih promjena u gustoći.
Tu se ubrajaju zemaljski teleskopi poput QUEST u DASI (QUaD) i teleskopu Južnog pola na stanici Amudsen-Scott, te Kozmološkom teleskopu Atacama i teleskopu Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) u Čileu. U međuvremenu, Europska svemirska agencija Planckova svemirska letjelica nastavlja mjeriti CMB iz svemira.
Budućnost CMB-a:
Prema raznim kozmološkim teorijama, Svemir se u nekom trenutku može prestati širiti i započeti preokret, što je kulminiralo kolapsom nakon čega slijedi drugi Veliki prasak - aka. teorija Big Cruncha. U drugom scenariju, poznatom kao Big Rip, širenje Svemira naposljetku će dovesti do toga da se sva materija i svemirski prostor rastrgnu.
Ako nijedan od ovih scenarija nije točan, a svemir se nastavio širiti ubrzavajućom brzinom, CMB će nastaviti crveno pomicanje do točke gdje ga više nije moguće otkriti. U ovom trenutku će je nadvladati prvo svjetlosno svjetlo stvoreno u Svemiru, a zatim i pozadinska polja zračenja proizvedena procesima za koje se pretpostavlja da će se odvijati u budućnosti Svemira.
Ovdje smo napisali mnogo zanimljivih članaka o kozmičkoj mikrovalnoj pozadini u časopisu Space Magazine. Evo što je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje ?, teorija velikog praska: evolucija našeg svemira, što je bila kozmička inflacija? Potraga za razumijevanjem najranijeg svemira, otkriće orijentir: novi rezultati pružaju izravne dokaze za kozmičku inflaciju i koliko se svemir brzo širi? Hubble i Gaia udružili su se za provođenje dosad najpreciznijih mjerenja.
Za više informacija potražite na NASA-inoj stranici misije WMAP i ESA-ovoj stranici misije Planck.
Astronomija Cast također ima informacije o ovoj temi. Slušajte ovdje: Epizoda 5 - Pozadina velikog praska i kozmičke mikrovalne pećnice
izvori:
- ESA - Planck i pozadina kozmičke mikrovalne
- Fizika svemira - kozmičko pozadinsko zračenje
- Kozmos - kozmička pozadina mikrovalne
- Wikipedija - pozadina kozmičke mikrovalne
