Kosmiczne tło mikrofalowe

Kosmiczne tło mikrofalowe (w skrócie „CMB”) to promieniowanie sprzed około 400 000 lat po rozpoczęciu Wszechświata. To może brzmieć jak długi w ludzkiej skali czasu, ale tak naprawdę jest to mgnienie oka w porównaniu z wiekiem Wszechświata, który ma około 13,7 miliarda (13 700 000 000) lat. Wcześniej Wszechświat był tak gorący i gęsty, że był nieprzejrzysty całe promieniowanie. Nawet proste atomy nie mogłyby powstać bez natychmiastowego rozerwania na części składowe protonów i elektronów przez intensywne promieniowanie. Wszechświat został zbudowany z „plazmy” lub zjonizowanego gazu, z którego zbudowana jest powierzchnia Słońca .

Od czasu Wielkiego Wybuchu Wszechświat stygnie i rozszerza się. Przez około 400 000 lat swojego życia był wystarczająco chłodny (choć nadal około 3000 stopni Celsjusza), aby mogły powstać najprostsze atomy, i stał się przezroczysty. Od tego czasu światło podróżuje w przestrzeni kosmicznej i można je wykryć wszędzie wokół nas, stąd na Ziemi lub w kosmosie. Możemy zmierzyć poświatę Wielkiego Wybuchu.

Ekspansja Wszechświata spowodowała rozciągnięcie promieniowania KMPT około 1000 razy, co sprawia, że wygląda znacznie chłodniej. Zamiast więc widzieć poświatę przy 3000 stopni, widzimy ją zaledwie 3o powyżej zera bezwzględnego, czyli 3 kelviny (-270o C). Tak jak płonący węgiel (około 1500 K) świeci na czerwono, a gorąca, jasna gwiazda (około 6000 K) świeci na żółto lub niebiesko, tak samo KMPT świeci charakterystycznym kolorem związanym z temperaturą. Jednakże, ponieważ jest tak zimno, światło, które zostało wyemitowane przez świecący Wszechświat, ma teraz znacznie dłuższą długość fali, niż możemy zobaczyć naszymi oczami. CMB jest najjaśniejsza przy długości fali około 2 mm, czyli około 4000 razy większej niż długość fali światła widzialnego, które widzimy naszymi oczami.

Historia pomiarów CMB

Pierwsze pomiary KMPT w latach sześćdziesiątych XX wieku, przeprowadzone przez Arno Pensiaza i Roberta Wilsona, potwierdziły, że CMB tam jest i że jest wszędzie, jednak nie można go było zobaczyć w żadnych szczegółach. Widzieli stały sygnał, który zmył ich widok galaktyki. CMB jest tak jasny przy długościach fal milimetrowych, że jeśli dostroisz stary telewizor analogowy, aby pokazać szum przypominający śnieg, kilka procent sygnału odbieranego przez telewizor będzie pochodzić z początku Wszechświata.

W latach 90-tych satelita o nazwie COBE zmierzył KMPT na całym niebie. Pomogło to ustalić kilka rzeczy. Po pierwsze, CMB jest prawie całkowicie jednolity, z prawie stałą temperaturą na całym niebie. Jednak nie jest to całkowicie stałe. Występowały niewielkie wahania lub zmarszczki temperatury na poziomie zaledwie jednej części na 100 000. Gdyby powierzchnia Ziemi była gładka do 1 części na 100 000, najwyższa góra miałaby zaledwie 100 m wysokości!

W ciągu ostatnich kilku dekad wiele eksperymentów mierzyło drobne fluktuacje CMB, a dokładność stopniowo się poprawiała i lepszy. Te małe fluktuacje są spowodowane niewielkimi różnicami w gęstości Wszechświata bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. Obszary, które są nieco bardziej gęste, mają tendencję do przyciągania większej ilości materii i stają się jeszcze gęstsze oraz przyciągają jeszcze więcej materiału. Ten niekontrolowany proces doprowadził do powstania pierwszych gwiazd i galaktyk. Właściwości fluktuacji zostały wykorzystane, aby pomóc określić wiek Wszechświata, z czego jest zbudowany, a nawet jak może się skończyć. W miarę jak pomiary stają się coraz lepsze, nasza wiedza o Wszechświecie rośnie. Planck będzie ważnym kamieniem milowym w naszym rozumieniu, mierząc te wahania z niewiarygodną dokładnością i dokładniejszymi szczegółami na całym niebie niż było to możliwe w przeszłości.
COBE

• 

• 

• 

Trzy powyższe obrazy przedstawiają symulowane niebo zgodnie z rezolucjami COBE (rok 1990), WMAP (rok 2001) i Planck. Wszystkie obrazy mają tę samą skalę kolorów.