De kosmische microgolfachtergrond (of “CMB” in het kort) is straling van ongeveer 400.000 jaar na het ontstaan van het heelal. Dat klinkt misschien als een lange tijd op menselijke tijdschalen, maar het is echt een oogwenk vergeleken met de leeftijd van het heelal, dat ongeveer 13,7 miljard (13.700.000.000) jaar oud is. Voor die tijd was het heelal zo heet en dicht dat het ondoorzichtig was voor alle straling. Zelfs eenvoudige atomen konden zich niet vormen zonder onmiddellijk uit elkaar te worden gescheurd in hun samenstellende protonen en elektronen door de intense straling. Het universum was gemaakt van een ‘plasma’, of geïoniseerd gas, waarvan het oppervlak van de zon is gemaakt .
Sinds de oerknal koelt en breidt het heelal zich uit. Na ongeveer 400.000 jaar was het koel genoeg (hoewel nog steeds rond de 3000 graden Celsius) om de eenvoudigste atomen te vormen, en het werd transparant. Het licht uit deze tijd reist sindsdien door de ruimte en kan vanaf hier op aarde of in de ruimte overal om ons heen worden waargenomen. We kunnen het nagloeien van de oerknal meten.
Door de uitdijing van het heelal is de CMB-straling ongeveer 1000 keer uitgerekt, waardoor het er veel koeler uitziet. Dus in plaats van het nagloeien te zien op 3000 graden, zien we het op slechts 3o boven het absolute nulpunt, oftewel 3 Kelvin (-270o C). Net zoals een brandende steenkool (rond 1500 K) rood oplicht en een hete heldere ster (rond 6000 K) geel of blauw oplicht, zo gloeit de CMB met een karakteristieke kleur die samenhangt met de temperatuur ervan. Maar omdat het zo koud is, heeft het licht dat werd uitgezonden door het gloeiende heelal nu een veel langere golflengte dan we met onze ogen kunnen zien. De CMB is het helderst bij een golflengte van ongeveer 2 mm, wat ongeveer 4000 keer langer is dan de golflengte van het zichtbare licht dat we met onze ogen zien.
Geschiedenis van de CMB-metingen
De eerste metingen van de CMB in de jaren zestig, door Arno Pensiaz en Robert Wilson, bevestigden dat CMB er was en dat het overal was, maar het kon niet in detail worden gezien. Ze zagen een constant signaal dat hun zicht op de melkweg verdoezelde. De CMB is zo helder op millimetergolflengten dat als je een oude analoge tv afstemt om de sneeuwachtige ruis weer te geven, een paar procent van het signaal dat je tv oppikt, afkomstig is van het begin van het heelal.
In de jaren negentig mat een satelliet genaamd COBE de CMB over de hele hemel. Het hielp verschillende dingen vast te stellen. Ten eerste is de CMB bijna volledig uniform, met een bijna constante temperatuur over de hele lucht. Het is echter niet helemaal constant. Er waren kleine schommelingen, of rimpelingen, in de temperatuur, op het niveau van slechts één deel op 100.000. Als het oppervlak van de aarde glad zou zijn tot 1 deel op 100.000, zou de hoogste berg slechts 100 m hoog zijn!
In de afgelopen decennia hebben veel experimenten de kleine fluctuaties CMB gemeten, waarbij de nauwkeurigheid geleidelijk aan beter en beter werd. beter. Deze kleine fluctuaties zijn er vanwege kleine variaties in de dichtheid van het heelal direct na de oerknal. Alle gebieden die iets dichter zijn, hebben de neiging om meer materie aan te trekken, en worden nog dichter en trekken zelfs nog meer materiaal aan. Dit op hol geslagen proces heeft geleid tot de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels. De eigenschappen van de fluctuaties zijn gebruikt om de ouderdom van het universum te bepalen, waaruit het is gemaakt en zelfs hoe het zou kunnen eindigen. Naarmate de metingen steeds beter worden, neemt onze kennis van het heelal toe. Planck zal een belangrijke mijlpaal zijn in ons begrip, door deze fluctuaties ongelooflijk nauwkeurig en in fijnere details over de hele hemel te meten dan in het verleden mogelijk was.
COBE
-
COBE -
WMAP -
Planck
De drie afbeeldingen hierboven tonen de gesimuleerde lucht bij de resoluties van COBE (gelanceerd in 1990), WMAP (gelanceerd in 2001) en Planck. Alle afbeeldingen hebben dezelfde kleurenschaal.