Дізнайтеся що таке космічний фон? Чи знаєте, що космічний мікрохвильовий фон може допомогти вченим зібрати докупи історію Всесвіту.
На цьому знімку космічного мікрохвильового фону, створеному на основі даних, зібраних за допомогою супутника Planck Європейського космічного агентства, видно відлуння Великого вибуху, що залишилося з часів зародження Всесвіту.
Що таке космічний фон?
Космічний мікрохвильовий фон (КМФ) – це залишкове випромінювання від Великого вибуху або часу, коли почався всесвіт. Згідно з теорією, коли всесвіт народився, він зазнав швидкої інфляції, розширення та охолодження. (Всесвіт продовжує розширюватися і сьогодні, і швидкість розширення виглядає по-різному, залежно від того, куди дивитися). КМФ представляє собою тепло, що залишилося після Великого вибуху.
Ви не можете побачити космічний фон неозброєним оком, але він є скрізь у Всесвіті. Він невидимий для людини і дуже холодний, всього на 2,725 градусів вище абсолютного нуля (мінус 459,67 градусів за Фаренгейтом, або мінус 273,15 градусів за Цельсієм). Випромінювання космічного фону найбільш помітне в мікрохвильовій частині електромагнітного спектру.
Космічний фон заповнює всесвіт, і в часи, коли ще не було кабельного телебачення, кожен з телевізором міг бачити післясвітіння Великого вибуху. Увімкнувши телевізор на “проміжний” канал, можна було побачити космічний фон як статичний сигнал на екрані.
Який розмір Місяця та що таке Супермісяць?
Як сформувався космічний мікрохвильовий фон?
Всесвіт почався 13,8 мільярдів років тому, а космічний фон виник приблизно через 400 000 років після Великого вибуху. Це тому, що на ранніх стадіях розвитку Всесвіту, коли він був лише в стомільйонну частку від сьогоднішнього розміру, його температура була екстремальною: 273 мільйони градусів вище абсолютного нуля.
Будь-які атоми, що існували в той час, швидко розпадалися на дрібні частинки (протони та електрони). Випромінювання від космічного фону у вигляді фотонів (частинок, що представляють кванти світла або іншого випромінювання) розсіювалося від електронів. Таким чином, фотони блукали у ранньому Всесвіті, подібно до того, як оптичне світло блукає крізь густий туман.
Приблизно через 380 000 років після Великого вибуху Всесвіт був достатньо прохолодним, щоб міг утворитися водень. Оскільки фотони космічного фону майже не зазнають впливу від зіткнення з воднем, фотони рухаються по прямих лініях. Космологи називають це “поверхнею останнього розсіювання”, коли фотони КМФ востаннє потрапляють у матерію; після цього всесвіт вже був занадто великим.
Отже, коли ми наносимо на карту КМФ, ми дивимося назад у часі на 380 000 років після Великого вибуху, відразу після того, як всесвіт став непрозорим для випромінювання.
Роберт Вілсон відкрив що таке космічний фон у 1964 році разом з Арно Пензіасом, поставивши теорію Великого вибуху на міцний фундамент. За це відкриття Вільсон і Пензіас отримали Нобелівську премію з фізики 1978 року. (Вони розділили нагороду з радянським вченим Петром Капіцею).
Яка найяскравіша зірка на нічному небі?
Хто відкрив космічний фон та як це сталося?
Американський космолог Ральф Афер вперше передбачив КМФ у 1948 році, коли він працював з Робертом Германом і Джорджем Гамовим. Команда проводила дослідження, пов’язані з нуклеосинтезом Великого вибуху, або виробництвом елементів у Всесвіті.
Але вперше КМФ був знайдений випадково. У 1965 році двоє дослідників з Bell Telephone Laboratories (Арно Пензіас і Роберт Вілсон) створювали радіоприймач і були спантеличені шумом, який він вловлював. Незабаром вони зрозуміли, що шум рівномірно надходив з усіх куточків неба. У той же час команда Прінстонського університету (на чолі з Робертом Дікке) намагалася знайти КМФ. Команда Дікке дізналася про експеримент Белла і зрозуміла, що КМФ було знайдено.
Обидві команди швидко опублікували статті в Астрофізичному журналі в 1965 році, причому Пензіас і Вілсон розповідали про те, що вони бачили, а команда Діке пояснювала, що це означає в контексті Всесвіту. (Пізніше Пензіас і Вільсон отримали Нобелівську премію з фізики 1978 року).
Про що нам розповідає космічний мікрохвильовий фон?
Космічний фон корисний для вчених, оскільки допомагає нам дізнатися, як формувався ранній всесвіт. Він має рівномірну температуру з лише невеликими коливаннями, видимими за допомогою точних телескопів. Вивчаючи ці флуктуації, космологи можуть дізнатися про походження галактик і великомасштабні структури галактик, а також виміряти основні параметри теорії Великого вибуху.
Хоча окремі частини космічного фону були нанесені на карту в наступні десятиліття після його відкриття, перша космічна карта повного неба була створена завдяки місії NASA “Дослідник космічного фону” (COBE), яка була запущена в 1989 році і припинила свою роботу в 1993 році. У 2006 році Нобелівська премія з фізики була присуджена вченим COBE Джону Мазеру з Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА і Джорджу Смуту з Каліфорнійського університету в Берклі.
Космологія вивчає походження всесвіту. Що це за наука?
Більш детальна карта з’явилася в 2003 році завдяки зонду мікрохвильової анізотропії Вілкінсона (WMAP), який був запущений у червні 2001 року і припинив збір наукових даних у 2010 році. Перший знімок визначив вік Всесвіту у 13,7 мільярдів років (згодом цей показник було уточнено до 13,8 мільярдів років), а також виявив несподіванку: найстаріші зорі почали світити приблизно через 200 мільйонів років після Великого вибуху, набагато раніше, ніж передбачалося.
Вчені розвинули ці результати, вивчаючи дуже ранні стадії інфляції Всесвіту (на трильйонній секунді після утворення) і отримавши більш точні параметри щільності атомів, грудкуватості Всесвіту та інших його властивостей незабаром після його утворення. Вони також побачили дивну асиметрію середніх температур в обох півкулях неба і “холодну пляму”, яка була більшою, ніж очікувалося. За свою роботу команда WMAP отримала Премію за прорив у фундаментальній фізиці 2018 року.
У 2013 році були опубліковані дані космічного телескопа Planck Європейського космічного агентства, які показали найвищу точність зображення космічного фону. Завдяки цій інформації вчені розкрили ще одну таємницю: Флуктуації КМФ у великих кутових масштабах не відповідали прогнозам. Планк також підтвердив те, що бачив WMAP щодо асиметрії та холодної плями. Фінальна публікація даних Planck у 2018 році (місія працювала між 2009 і 2013 роками) показала більше доказів того, що темна матерія і темна енергія – загадкові сили, які, ймовірно, стоять за прискоренням Всесвіту, – дійсно існують.
Станом на середину 2018 року вчені все ще шукають сигнал, який свідчив про короткий період швидкого розширення Всесвіту невдовзі після Великого вибуху. У той час Всесвіт розширювався зі швидкістю, що перевищувала швидкість світла.
Якщо це було так, дослідники підозрюють, що це повинно було б бути видно в КМФ через певну форму поляризації.
Джерело: https://www.space.com/
