Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) 2013. aasta satelliidi Plancki kosmilise mikrolaine taustkiirguse pilt näitab väikeseid erinevusi taevas
(Pilt: © ESA / Plancki koostöö)
Arvatakse, et kosmiline mikrolaine taust (CMB) on Suure Paugu jääkkiirgus ehk aeg, mil algas universum. Teooria jätkudes läbis universumi sünd selle kiire inflatsiooni ja laienemise. (Universum laieneb tänapäevalgi ja laienemiskiirus on erinev sõltuvalt sellest, kuhu vaatate). CMB tähistab Suurest Paugust järele jäänud soojust.
KMA-d oma palja silmaga ei näe, kuid see on kõikjal universumis. See on inimestele nähtamatu, kuna on nii külm, vaid 2,725 kraadi üle absoluutse nulli (miinus 459,67 kraadi Fahrenheiti ehk miinus 273,15 kraadi Celsiuse järgi.) See tähendab, et selle kiirgus on kõige nähtavam elektromagnetilise spektri mikrolaineosas.
Päritolu ja avastus
Universum sai alguse 13,8 miljardit aastat tagasi ja CMB pärineb umbes 400 000 aastat pärast Suurt Pauku. Selle põhjuseks on asjaolu, et universumi varases staadiumis, kui see oli vaid saja miljoni suurune kui praegu, oli selle temperatuur äärmuslik: 273 miljonit kraadi ülalpool NASA andmetel absoluutne null.
Kõik sel ajal esinevad aatomid purustati kiiresti väikesteks osakesteks (prootoniteks ja elektronideks). CMB kiirgus footonites (valguse kvante esindavad osakesed või muu kiirgus) oli elektronide küljest laiali. "Seega tiirlesid footonid läbi varajase universumi, nagu ka optiline valgus tiirleb läbi tiheda udu," kirjutas NASA.
Umbes 380 000 aastat pärast Suurt Pauku oli universum piisavalt jahe, et vesinik saaks moodustuda. Kuna CMB footoneid ei mõjuta vesinik löömine, liiguvad footonid sirgjooneliselt. Kosmoloogid viitavad "viimase hajumise pinnale", kui CMB footonid viimati tabasid; pärast seda oli universum liiga suur. CMB kaardistamisel vaatame tagasi ajas 380 000 aasta möödumist Suurest Paugust, vahetult pärast seda, kui universum oli kiirguse suhtes läbipaistmatu.
Ameerika kosmoloog Ralph Apher ennustas CMB-d esmakordselt 1948. aastal, kui ta tegi NASA andmetel koostööd Robert Hermani ja George Gamowiga. Meeskond tegeles Suure Paugu nukleosünteesi ehk universumi elementide tootmisega lisaks vesiniku kergeimale isotoobile (tüübile). Seda tüüpi vesinik loodi universumi ajaloo väga varakult.
Kuid KMA leiti kõigepealt juhuslikult. 1965. aastal lõid kaks Bell Telephone Laboratories'iga uurijat (Arno Penzias ja Robert Wilson) raadiovastuvõtjat ja olid hämmingus selle tekitatavast mürast. Peagi mõistsid nad, et müra tuli ühtlaselt kogu taevast. Samal ajal üritas KMA leida Princetoni ülikooli meeskond (eesotsas Robert Dicke). Dicke meeskond sai Belli katsest tuule ja sai aru, et CMB on leitud.
Mõlemad meeskonnad avaldasid Astrophysical Journalis 1965. aastal kiiresti paberid, Penzias ja Wilson rääkisid nähtust ning Dicke meeskond selgitas, mida see universumi kontekstis tähendab. (Hiljem said Penzias ja Wilson mõlemad 1978. aastal Nobeli füüsikapreemia).
Uurin detailsemalt
CMB on teadlastele kasulik, kuna see aitab meil teada saada, kuidas varajane universum kujunes. See on ühtlasel temperatuuril, täpsete teleskoopide abil on näha vaid väikesed kõikumised. "Neid kõikumisi uurides saavad kosmoloogid teada galaktikate päritolust ja galaktikate suuremahulistest struktuuridest ning nad saavad mõõta Suure Paugu teooria põhiparameetreid," kirjutas NASA.
Kui CMB osa kaardistati järgnevatel aastakümnetel pärast selle avastamist, siis esimene kosmosepõhine taevakaart tuli NASA kosmilise taustauurija (COBE) missioonilt, mis käivitati 1989. aastal ja lõpetas teadustegevuse 1993. aastal. See “beebipilt Nagu NASA seda nimetas, kinnitas Suure Paugu teooria ennustusi ja näitas ka kosmilise struktuuri näpunäiteid, mida enne polnud nähtud. 2006. aastal pälvisid Nobeli füüsikaauhinna COBE teadlased John Mather NASA Goddardi kosmoselennukeskuses ja George Smoot Californias Berkeley ülikoolis.
Üksikasjalikum kaart saadi 2003. aastal tänu Wilkinsoni mikrolaine anisotroopia proovivõtturile (WMAP), mis käivitati 2001. aasta juunis ja lõpetas teadusandmete kogumise 2010. aastal. Esimene pilt oli seotud universumi vanusega 13,7 miljardit aastat (mõõt on täpsustatud 13,8 miljardile). aastat) ja paljastas ka üllatuse: vanimad tähed hakkasid paistma umbes 200 miljonit aastat pärast Suurt Pauku, palju varem kui ennustati.
Teadlased jälgisid neid tulemusi, uurides universumi väga varaseid inflatsioonietappe (triljoni sekundi jooksul pärast moodustumist) ja andes täpsemad parameetrid aatomi tiheduse, universumi jämeduse ja muude universumi omaduste kohta vahetult pärast selle moodustumist. Nad nägid ka kummalist asümmeetriat keskmistes temperatuurides taeva mõlemal poolkeral ja oodatust suuremat "külma kohta". WMAP-i meeskond sai oma töö eest 2018. aasta läbimurdeauhinna põhifüüsikas.
2013. aastal avaldati Euroopa Kosmoseagentuuri Plancki kosmoseteleskoobi andmed, mis näitavad CMB seni kõige täpsemat pilti. Teadlased paljastasid selle teabe abil veel ühe mõistatuse: CMB kõikumised suurtel nurga skaaladel ei vastanud ennustustele. Planck kinnitas ka seda, mida WMAP nägi asümmeetria ja külmakoha osas. Plancki 2018. aastal lõplikult avaldatud teave (missioon tegutses aastatel 2009–2013) näitas rohkem tõendeid selle kohta, et tumeaine ja tume energia - müstilised jõud, mis on tõenäoliselt universumi kiirenduse taga - eksisteerivad.
Muud uurimistööd on püüdnud uurida KMA erinevaid aspekte. Üks on polarisatsioonitüüpide määramine, mida nimetatakse E-režiimideks (avastas 2002. aastal Antarktikas asuva kraadinurgainterferomeetri) ja B-režiimideks. B-režiime saab toota E-režiimide (seda objektiivi nägi Lõunapooluse teleskoop esmakordselt 2013. aastal) ja gravitatsiooniliste lainete (mida esmakordselt täheldati 2016. aastal Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ehk LIGO abil). 2014. aastal väideti, et Antarktikal baseeruv BICEP2 instrument leidis gravitatsioonilise laine B-režiimid, kuid edasine vaatlus (sealhulgas Plancki töö) näitas, et need tulemused olid tingitud kosmilisest tolmust.
Alates 2018. aasta keskpaigast otsivad teadlased endiselt signaali, mis näitas lühikest universumi kiire laienemise perioodi vahetult pärast Suurt Pauku. Sel ajal oli universum üha suurem valguse kiirusest kiiremini. Kui see juhtus, arvavad teadlased, et see peaks KMA-s olema nähtav polarisatsiooni vormis. Sel aastal tehtud uuring näitas, et nanodimantide sära tekitab nõrga, kuid märgatava valguse, mis häirib kosmilisi vaatlusi. Nüüd, kui see sära on arvestatud, võiksid tulevased uuringud selle eemaldada, et paremini otsida KMA nõrka polarisatsiooni, ütlesid uuringu autorid toona.
Täiendav ressurss
- NASA: Suure Paugu testid: CMB
