Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu: yaratılışın ilk ışığı
(Resim kaynağı: ifa.hawaii.edu)
Yaradılışın ilk ışığı
Tanrı şöyle dedi: Işık olsun. Yani dünyanın yaratılmasından 380.000 yıl sonra nihayet ışık geldi.
1964 yılında, Bell Labs mühendisleri Arno Penzias ve Robert Wilson bir antenin hatalarını ayıklıyorlardı ve antenin hangi yöne baktığına bakılmaksızın, antendeki kuş pisliklerini temizleyip anteni yeniden monte ederken bir tür arka plan gürültüsü olduğunu keşfettiler. Kalan.
Aynı zamanda, bir grup gökbilimci, Big Bang teorisinde öngörülen kozmik fon radyasyonunun peşine düşmek için mücadele ediyor ve bunun için çaresizler.
Big Bang teorisine göre, Big Bang'in oluşumunun başlangıcında yıldızlar ve galaksiler henüz oluşmamıştı ve evren yoğun, yüksek sıcaklıkta hidrojen plazması ve radyasyonla doluydu. Evren genişledikçe ve soğudukça iyonlar ve elektronlar, neredeyse anında nötr parçacıklar oluşturmak üzere yeniden birleşir ve o andan itibaren fotonlar, plazma tarafından sürekli olarak dağılmak yerine evrende engelsiz olarak akmaya başlar. Bu olaya foton ayrıştırması denir, evren bu anda aniden şeffaflaşır Evrenin yaşı 380.000 yıldır.
Foton ayrıştırıldığında, kaostan çıkan foton yaratılış bilgisini taşıyacak ve insan detektörüne çarpana kadar evrende dolaşacaktır. Bu tür radyasyon, tıpkı Big Bang'in mirası gibi "kozmik fon radyasyonu" dur, bu nedenle de "miras radyasyonu" olarak adlandırılır.
Evrenin genişlemesi, bu fotonları daha karanlık, daha uzun dalga boyları ve daha düşük enerji yapacaktır Teoriye göre, mevcut kozmik arka plan radyasyonu, "mikrodalga fon radyasyonu" olarak da adlandırılan 3K siyah cisim radyasyonuna eşdeğer olmalıdır.
Mühendisin işi gökbilimciler tarafından hızla biliniyordu ve bu şekilde insanlık Genesis'in ilk ışığını gördü. 1973 Nobel Fizik Ödülü de evrenin arka plan radyasyonunu keşfettikleri için Penzias ve Wilson'a verildi.
Penzias ve Wilson, arkaplan radyasyonlu Holmdel huni antenini keşfetti (Resim kaynağı: NASA)
Kozmik fon radyasyonunun homojen olmaması
Kozmolojinin temel ilkelerine dayalı olarak, evren tek tip ve büyük ölçekte izotropiktir, bu nedenle kozmik fon radyasyonu da izotropik olmalıdır. Gözlem sonuçları genellikle aynıdır, ancak neredeyse tekdüze bir temelde, hala yaklaşık% 5'lik bir dalgalanma vardır.
Bu ince homojensizlikler, yolculuk sırasında arka plan fotonlarının gök cisimleriyle etkileşiminden kaynaklanmaktadır, bu nedenle bunlar aynı zamanda bu gök cisimleri hakkında bilgi de taşırlar. Yani mikrodalga arka plan fotonu bir haberci gibidir ve bize evrenin derinliklerinden haberler getirir. 2006'da Nobel Fizik Ödülü, kozmik fon radyasyonunun hassas ölçümü için John Mather ve George Smoot'a verildi. Kozmik fon radyasyonunun homojen olmadığına ilişkin birçok teori vardır.
Plank uydusu tarafından çizilmiş en son ve en yüksek çözünürlüklü kozmik mikrodalga arka plan radyasyon haritası (Resim kaynağı: ESA / NASA / JPL-Calteck)
Sunyaev-Zel'dovich etkisi
Sunyaev-Zel'dovich etkisi, kozmik arka plan radyasyonunun fotonlarının ve galaksi kümelerindeki ve diğer gök cisimlerindeki yüksek enerjili elektronların, gözlenen sıcaklık dağılımının değişmesine neden olan ters Compton saçılmasına maruz kaldığına işaret ediyor.
Ters Compton saçılmasından sonra, yüksek enerjili elektronların enerjisinin bir kısmı arka plandaki radyasyondaki düşük enerjili fotonlara aktarılır, bu nedenle düşük enerjili fotonların sayısı azalır, yüksek enerjili fotonların sayısı artar ve fotonların toplam enerjisi artar.Arka plan radyasyonu artık ideal kara cisim radyasyonu değildir. .
ALMA (Atacama Büyük Milimetre Dalga / Milimetre-altı Dalga Dizisi) ilk olarak SZ etkisini gözlemledi (resim kaynağı: referans)
Baryon sonik salınım
Baryon Akustik Salınımları (BAO), evrende görülen baryon maddesinin düzenli periyodik yoğunluk dalgalanmalarıdır. Bir süpernova standart bir mum ışığı olarak kullanılabildiği gibi, baryon akustik salınımının kütle kümelenmesi de kozmolojik mesafeyi ölçmek için standart bir cetvel olarak kullanılabilir.
Bu standart cetvelin uzunluğu (şu anda yaklaşık 490 milyon ışıkyılı), gökyüzünü büyük ölçekli yapılarla inceleyerek ölçülebilir. Baryonların akustik salınımını ölçerek, kozmolojik parametreleri daha fazla sınırlayabilir ve evrenin hızlandırılmış genişlemesine neden olan karanlık enerjinin doğasını anlayabiliriz.
Baryon sonik salınımlarının sanatsal görünümleri (resim kaynağı: Big Technology)
Integral Sachs-Wolfe etkisi
Evren tamamen tekdüze değildir, bu nedenle her yerde çekim potansiyeli kuyuları vardır. Arka plandaki radyasyonun fotonları, yerçekimi potansiyeline iyi düştüğünde enerji kazanır ve bu potansiyelden iyi çıkınca enerji kaybeder. Potansiyel kuyusu zamanla değişmezse, pozitif ve negatif birbirini götürür ve fotonun son enerjisi değişmez.
Genel görelilik artı madde yoğunluğunun kritik yoğunluğa eşit olduğu düz kozmoloji, büyük ölçekte yerçekimi potansiyeli - yani doğrusal bölge zamanla değişmez, bu nedenle foton enerjisi değişmeden kalır. Bununla birlikte, yukarıdaki üç koşuldan herhangi biri (düz evren, genel görelilik ve madde hakimiyeti) karşılanmazsa, doğrusal ölçekte yerçekimi potansiyeli zamanla değişecek ve foton potansiyel kuyuya düştüğünde ve dışarı çıktığında elde edilen enerjiye neden olacaktır. Potansiyel kuyuda kaybedilen enerji kesin olarak dengelenemez ve foton enerjisi değişerek arka plan radyasyon sıcaklığının değişmesine neden olur. Bu yeni mikrodalga arka plan anizotropisi, 1967'de gökbilimciler R.K. Sachs ve A.M. Wolfe tarafından önerilen entegre Sachs-Wolfe (ISW) efektidir.
Bu etki, fotonun yolu boyunca tüm yerçekimi potansiyel değişikliklerinin kümülatif etkisi olduğu için, fotonun son saçılma yüzeyindeki, yani Sachs-Wolfe etkisindeki yerçekimi potansiyel değişikliğinin neden olduğu mikrodalga arka plan sıcaklık bozukluğundan ayırt etmek için entegre Sachs-Wolfe etkisi olarak adlandırılır. .
WMAP uydusu tarafından tespit edilen kozmik mikrodalga fon radyasyonunun düşük sıcaklıklı bir bölgesinin ISW etkisinden kaynaklandığından şüphelenilmektedir (resim kaynağı: wikipedia)
"
Referanslar
Penzias, Arno A. ve Robert Woodrow Wilson. "4080 Mc / s'de aşırı anten sıcaklığının bir ölçümü." The Astrophysical Journal 142 (1965): 419-421.
Mather, John C., ve diğerleri, "COBE FIRAS cihazı ile kozmik mikrodalga arka plan spektrumunun ölçümü." The Astrophysical Journal 420 (1994): 439-444.
Sunyaev, R. A., ve Ya B. Zel'Dovich. "Evrenin çağdaş yapısı ve tarihinin bir araştırması olarak mikrodalga arkaplan radyasyonu." Astronomi ve astrofiziğin yıllık incelemesi 18.1 (1980): 537-560.
Birkinshaw, M., S. F. Gull ve H. Hardebeck. "Üç galaksi kümesine yönelik Sunyaev-Zeldovich etkisi." Nature 309.5963 (1984): 34-35.
Sachs, Rainer K., et al. "Republication of: Perturbations of a cosmological model and angular variations of the mikrodalga background (By RK Sachs and AM Wolfe)." General Relativity and Gravitation 39.11 (2007): 1929-1961.
https://en.wikipedia.org/wiki/Baryon_acoustic_oscillations
https://en.wikipedia.org/wiki/CMB_cold_spot
Üretildi | Popüler Bilim Çin
Üretim | Bilim İletişim Derneği, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Yapımcı | Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
Yayıncı: Buzsuz Coke, Cloudiiink
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
1. Çin Yeni Yılı eve dönüş sırasında geçici basınç artışı fenomeni ve yaşlı bekar köpeklerin karşı önlemleri üzerine araştırma
2. 12 devrim niteliğinde formül
3. En küçüğü ne kadar küçük? En büyüğü ne kadar büyük?
4. Kuantum mekaniğini anlamak için bir resim (Büyük Tanrıların Savaşı)
5. Duvarlar üzerinden WiFi için eksiksiz bir rehber
6. Yediğiniz yemek neden reklamı yapılanla aynı değil?
7. Einstein'ın hayatında yayınlanan ilk makalenin ne olduğunu biliyor musunuz?
8. Seçkin bir ailede doğma deneyimi nedir?
9. Teorik fizikçi kağıt, deneysel fizikçi elektriğe ve teorik deneysel fizikçi maliyetine mi mal oluyor?
10. Bunları gören insanlar çıldırıyor!
