Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik

Big Bang-teorin förutspår att det ursprungliga universum var en extremt varm plats och att dess gas kyldes när universum expanderade. Alltså fylls universum med strålning från den heta kvarlevan av Big Bang, känd som den "kosmiska mikrovågsbakgrunden".

uppfinning

Förekomsten av en kosmisk vågbakgrund tillkännagavs 1948 av Ralph Alverin angående den nukleära strukturen av Big Bang av Robert Hermann och George Gamow. Den kosmiska mikrovågsbakgrunden sågs första gången 1965 av Arno Pensions och Robert Wilson på Bell Telephone Laboratories i Murray Hill, New Jersey.

Strålningen fungerar som en hög ljudkälla i de inbyggda radiomottagarna . Inte långt från New Jersey, av en slump, utvecklade forskare vid Princeton University, ledd av Robert Dick, inklusive Dave Wilkinson från WMAP-expeditionen, experiment för att upptäcka kosmiska mikrovågsbakgrunder. När de fick reda på upptäckten från Bell Telephone Laboratories insåg de omedelbart att de hade upptäckt en kosmisk vågbakgrund.

Efter denna upptäckt publicerades flera artiklar i The Astrophysical Journal (Volume 142, 1965). Penzias och Wilsons artiklar beskriver anteckningarna, medan dokumenten från Dick, Peebles, Roll och Wilkinson ger kosmiska kommentarer. Benchens och Wilson delade 1978 års Nobelpris i fysik för deras upptäckt av den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

För närvarande är temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen väldigt kall, endast 2725 grader eller 2725 K (-270 grader Celsius) från absoluta nollpunkten, så den fluorescerar huvudsakligen i mikrovågsspektrat och är osynlig för blotta ögat. Men denna strålning fyller universum och fångar det i alla riktningar. Även om våra ögon kunde se en mikrovågsugn, skulle hela himlen vara väldigt ljus på alla sidor.

Bilden ovan, som förutspås likna en elliptisk jordkarta, visar en enhetlig färgrepresentation av bakgrundstemperaturen (ljusstyrkan) för en kosmisk mikrovågsugn över himlen. Enhetstemperaturen (ljusstyrkan) för den kosmiska mikrovågsbakgrunden är ett starkt skäl att betrakta denna strålning som restvärmen från Big Bang, eftersom det naturligtvis skulle vara mycket svårt att förklara andra aktiva lokala strålningskällor. . Faktum är att listan över alternativ till mängden strålning i denna grupp säger mycket.

Bakgrund på kosmiska mikrovågor

Eftersom ljus färdas med en begränsad hastighet är det att observera avlägsna himlakroppar som att se in i det förflutna för astronomer. De flesta av stjärnorna som kan ses med blotta ögat på natthimlen ligger 10-100 ljusår bort. Så vi ser dem för 10-100 år sedan.

Närmaste granne till jättegalaxen Andromeda är 2,5 miljoner ljusår från jorden, som vi kan se som Andromeda för 2,5 miljoner år sedan. Detsamma gäller för avlägsna galaxer som astronomer observerade med rymdteleskopet Hubble flera miljarder år efter Big Bang.

Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen sändes ut för 13,7 miljarder år sedan, flera tusen år efter Big Bang, långt innan de första stjärnorna eller hundratals galaxer bildades. Så om vi tittar på den fysiska fysiken i detalj kan vi få reda på universums villkor mycket tidigt, eftersom strålningen som vi ser idag har kommit långt.

Ursprunget till den kosmiska mikrovågsbakgrunden

Astronomer från 1900-talet vet genom observationer att universum expanderar. Universums expansion i det förflutna hänvisar till ett universum som är mindre, tätare och varmare. När det observerbara universum bara var 50 % av sin nuvarande volym, var materiens densitet åtta gånger högre, och den kosmiska mikrovågsbakgrunden var dubbelt så varm. När jorden bara var 1/100 av sin nuvarande storlek, var den kosmiska mikrovågsbakgrunden hundra gånger varmare, säkert 273 grader över noll eller 273 K (32 grader Fahrenheit/0 grader Celsius) eller minusgrader.

I rymdbakgrunden i en mikrovågsugn är universum fyllt med het vätgas med en massa på cirka 1 000 kubikcentimeter. När det observerbara universum bara var en procent av sin nuvarande storlek, var temperaturen på botten av mikrovågsugnen över absolut noll över 273 miljoner grader, och materiens densitet var proportionell mot tätheten av luften vid jordens yta. Vid denna temperatur joniseras väte fullständigt till fria protoner och elektroner.

Under mycket av värmens tidiga historia fanns det inga atomer i det tidiga universum, bara en kärna och fria elektroner. (Kärnan är uppbyggd av neutroner och protoner). Rymdfotonerna under mikrovågsugnen sprider lätt elektronerna. Därför spreds fotonerna i det tidiga universum som optiskt ljus som passerar genom tjock dimma. Denna multipla spridningsprocess skapar vad som kallas ett "termiskt" eller "svartkropps" fotonspektrum. Enligt Big Bang-teorin ska det kosmiska mikrovågsbakgrundsspektrat vara den svarta kroppsbilden som exakt mäts av NASA FIRAS-experimentet på COBE-satelliten.

Figuren ovan visar en jämförelse mellan det mikrovågsbakgrundsenergispektrum som förutspåtts i Big Bang-teorin och det observerade energispektrumet. I synnerhet görs mätningar i enheter för ytljusstyrka ( ) frekvensband, inte i Ang- mätningar , som är en enhet för våglängdsband .

FIRAS-experimentet mätte spektrumet vid 34 punkter jämnt fördelat längs svartkroppskurvan. Eftersom felstaplarna i datafältet är små visas de inte i prediktionskurvans graf! Hittills har inga alternativa teorier föreslagits för att förutsäga dessa två energispektra. Noggrann mätning är ett annat viktigt test av Big Bang Theory.

spridda sista sidan

400 000 år efter Big Bang började universum, nu 11 000 i storlek, att omkonfigurera sig självt, vilket gjorde att protoner och elektroner kunde binda till neutralt väte. Rymdfotonerna i mikrovågsugnens bakgrund interagerar mycket dåligt med neutralt väte och låter dem röra sig i raka linjer.

Naturen hos de kosmiska mikrovågsbakgrundsfotonerna som färdas i det tidiga universum liknar den optiska utbredningen av ljus genom jordens atmosfär. Vattendroppar i moln sprider ljuset mycket effektivt, och det optiska ljuset färdas fritt i det fria. På en klar dag kan vi alltså se luften genom molnen, men inte genom molnen.

Kosmologer som studerar den kosmiska mikrovågsbakgrunden tittade på universums historia strax före medeltiden eller 380 000 år efter Big Bang. "Skridväggen" kallas den slutliga spridningsytan, eftersom det mesta av CMB var sista gången materia spreds direkt. Det är också en elliptisk representation av temperaturen (ljusstyrkan) för CMB som representeras av den sista spridningsytan.

Som tidigare beskrivits är en av de mest slående egenskaperna hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden dess regelbundenhet. Endast i mycket känsliga instrument som COBE och WMAP kan kosmologer upptäcka temperaturfluktuationer i den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Genom att studera den kosmiska mikrovågsbakgrunden kan kosmologer lära sig mer om uppkomsten och strukturen hos storskaliga galaxer, samt mäta grundläggande parametrar i Big Bang-teorin.

kosmisk mikrovågsugn bakgrund

Vid en enhetlig temperatur över himlen är den kosmiska mikrovågsbakgrunden reststrålningen i Big Bangs hetta. Däremot kan förändringar i temperatur eller små fluktuationer i den kosmiska mikrovågsbakgrunden ge en hel del information om universums ursprung, utveckling och innehåll.

Det första du ser när du närmar dig jorden i en rymdfarkost är vår sfäriska planet. När vi närmar oss jorden kommer vi att märka spridningen av planetens yta mellan kontinenterna och haven. Vi måste titta noga på jordens yta för att studera bergen, städerna, skogarna och öknarna som utgör kontinenterna.

För trettio år sedan, när kosmologer först observerade himlen i en mikrovågsugn, såg kosmologen att himlen i mikrovågsugnen var nästan enhetlig. Med hög observationsnoggrannhet kan kosmologer visa dipolanisotropi.

Sedan det skapades 1992 har COBE Satellite Detection System varit kopplat till jordborttagningsanalys, som upptäcker kosmiska förändringar i mikrobiella vägar. COBE-detektering utfördes med hjälp av Infrared Remote Search Experiment (FIRS).

COBE lanserades i omloppsbana den 18 november 1989 och är en NASA-satellit vars uppdrag är att studera den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. COBE drev NASA:s Wilkinson Microwave Contrast Probe (WMAP) från 2001-2010. WMAP-uppdraget är mycket framgångsrikt och har lett till ett nytt standardparadigm inom kosmologi. Flera medlemmar i WMAP-uppdragets forskargrupp hjälpte till att hantera programmet och bygga COBE-satelliten.

Den mest populära jämförelsen av mikrovågsbakgrundsbilder av den vetenskapliga gruppen COBE med simulerade händelser från WMAP-experimentet. De tre bilderna till vänster visar en falsk färgad himmel vid mikrovågsfrekvenser av COBEs forskarteam. De tre bilderna till höger visar en av datorsimuleringarna av WMAP-upptäcktsexperimentet.

Om du söker efter kön kommer WMAP COBE att upptäcka funktioner som är mer uppenbara än de på himmelskartan. Att lägga till ett mer seriöst utseende kan tvinga forskare att lära sig mer om tillståndet i det ursprungliga universum, utöver den information som COBE ger. Vintergatan är utformad för att orientera kartan för att klippa mitten av varje bild horisontellt.

• Den övre halvan av figuren visar temperaturskalan för mikrovågshimlen, blått är 0 K (absolut noll) eller -273 °C, och rött är 4 K (-269 °C). Däremot verkar temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden vara ganska enhetlig. Den faktiska kosmiska mikrovågsbakgrundstemperaturen är 2725 K (-270 °C).
• Bilden ovan är en mycket liten bild i liten skala, prissatt till 2721K och prissatt till 2729K. Ett exempel på en "yin-yang" är en dipolkontrast på grund av solens rörelse mot bakgrunden av kosmiska mikrovågor.
• Följande bildpar visar mikrovågshimlen efter att ha tagit bort dipolasymmetri från kartan och reducerat de flesta fluktuationer på kartan med en faktor 30. Den varmaste regionen på denna karta är 0,0002 K i rött och den kallaste i blått.

Huvudkällorna för de två händelserna i den sista bilden är:

• Även om de är åtskilda från ekvatorn dominerar Vintergatans utsläpp kartan vid ekvatorn.
• Utsläpp från kanten av det observerbara universum dominerar i områden långt från ekvatorn.
• Enheten kan också användas för att ta emot en signalgenerator och enheten kan användas för att ansluta till en signalgenerator.

I det tidiga universum ansågs mikrovågstemperaturfluktuationer följa rörelsen av materiens densitet kort efter Big Bang. Därför berättar temperaturfluktuationer oss om det tidiga universum, hur galaxer uppstod och hur universum var organiserat i stor skala.

Personal skrev wmap.gsfc.nasa.gov

Källa: Big Bang Test: CMB och förändringar i den kosmiska mikrovågsbakgrunden

#thankyougoogle och #thankyounasa