Der kosmische Mikrowellenhintergrund (kurz „CMB“) ist Strahlung aus etwa 400.000 Jahren nach dem Beginn des Universums. Das mag nach einem langen klingen Zeit auf menschlichen Zeitskalen, aber es ist wirklich ein Wimpernschlag im Vergleich zum Alter des Universums, das ungefähr 13,7 Milliarden (13.700.000.000) Jahre alt ist. Vor dieser Zeit war das Universum so heiß und dicht, dass es undurchsichtig war Alle Strahlung. Nicht einmal einfache Atome konnten sich bilden, ohne durch die intensive Strahlung sofort in ihre Protonen und Elektronen zerlegt zu werden. Das Universum bestand aus einem „Plasma“ oder ionisiertem Gas, aus dem die Oberfläche der Sonne besteht
Seit dem Urknall hat sich das Universum abgekühlt und erweitert. Nach rund 400.000 Jahren war es kühl genug (wenn auch immer noch um 3000 Grad Celsius), damit sich die einfachsten Atome bilden konnten, und es wurde transparent. Das Licht dieser Zeit bewegt sich seitdem durch den Weltraum und kann von hier auf der Erde oder im Weltraum überall um uns herum erfasst werden. Wir können das Nachleuchten des Urknalls messen.
Die Expansion des Universums hat die CMB-Strahlung um das 1000-fache gedehnt, wodurch sie viel kühler aussieht. Anstatt das Nachleuchten bei 3000 Grad zu sehen, sehen wir es bei nur 30 ° über dem absoluten Nullpunkt oder 3 Kelvin (-270 ° C). So wie eine brennende Kohle (ca. 1500 K) rot leuchtet und ein heißer heller Stern (ca. 6000 K) gelb oder blau leuchtet, leuchtet der CMB mit einer charakteristischen Farbe, die mit seiner Temperatur zusammenhängt. Weil es so kalt ist, hat das Licht, das vom leuchtenden Universum ausgestrahlt wurde, jetzt eine viel längere Wellenlänge, als wir mit unseren Augen sehen können. Der CMB ist bei einer Wellenlänge von etwa 2 mm am hellsten, was etwa 4000-mal länger ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, das wir mit unseren Augen sehen.
Verlauf der CMB-Messungen
Die ersten Messungen des CMB in den 1960er Jahren durch Arno Pensiaz und Robert Wilson bestätigten, dass CMB vorhanden war und dass es überall war, jedoch nicht im Detail gesehen werden konnte. Sie sahen ein konstantes Signal, das ihren Blick auf die Galaxie auswusch. Der CMB ist bei Millimeterwellenlängen so hell, dass, wenn Sie ein altes analoges Fernsehgerät so einstellen, dass es die schneeartige statische Aufladung zeigt, einige Prozent des Signals, das Ihr Fernsehgerät empfängt, vom Beginn des Universums stammen.
In den 1990er Jahren maß ein Satellit namens COBE den CMB über den gesamten Himmel. Es half, mehrere Dinge zu etablieren. Erstens ist der CMB fast vollständig gleichmäßig, mit einer nahezu konstanten Temperatur über den gesamten Himmel. Es ist jedoch nicht vollständig konstant. Es gab winzige Schwankungen oder Wellen in der Temperatur auf dem Niveau von nur einem Teil von 100.000. Wenn die Erdoberfläche auf 1 Teil von 100.000 glatt wäre, wäre der höchste Berg nur 100 m hoch!
In den letzten Jahrzehnten haben viele Experimente die winzigen CMB-Schwankungen gemessen, wobei die Genauigkeiten allmählich besser und besser wurden besser. Diese kleinen Schwankungen sind auf winzige Schwankungen der Dichte des Universums unmittelbar nach dem Urknall zurückzuführen. Alle Regionen, die etwas dichter sind, ziehen tendenziell mehr Materie an und werden noch dichter und ziehen noch mehr Material an. Dieser außer Kontrolle geratene Prozess führte zur Bildung der ersten Sterne und Galaxien. Die Eigenschaften der Schwankungen wurden verwendet, um das Alter des Universums zu bestimmen, woraus es besteht und sogar wie es enden könnte. Je besser die Messungen werden, desto besser wird unser Wissen über das Universum. Planck wird ein wichtiger Meilenstein in unserem Verständnis sein und diese Schwankungen über den gesamten Himmel mit unglaublicher Genauigkeit und Detailgenauigkeit messen, als dies in der Vergangenheit möglich war.
COBE
-
COBE -
WMAP -
Planck
Die drei obigen Bilder zeigen den simulierten Himmel bei den Resolutionen von COBE (ins Leben gerufen 1990), WMAP (ins Leben gerufen 2001) und Planck. Alle Bilder haben die gleiche Farbskala.