Космический микроволновый фон
Космический микроволновый фон представляет собой слабое, почти однородное свечение реликтового излучения, высвободившегося, когда Вселенная впервые стала прозрачной. Это самый старый свет, который мы можем наблюдать, и краеугольный камень модели горячего Большого взрыва.
Definition
Космический микроволновый фон — это тепловое излучение, оставшееся от горячей, плотной ранней Вселенной, испущенное, когда электроны и протоны объединились в нейтральные атомы примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, теперь наблюдаемое как излучение абсолютно черного тела с температурой 2,7 кельвина, заполняющее все пространство.
Scope
Эта область охватывает открытие и почти идеальный спектр абсолютно черного тела космического микроволнового фона, физику рекомбинации и поверхность последнего рассеяния, из которой он возникает, крошечные температурные анизотропии и их угловой спектр мощности, кодирующие содержание и геометрию Вселенной, а также слабую поляризацию, которая исследует раннюю Вселенную и эпоху реионизации.
Sub-topics
Core questions
- Почему Вселенная светится почти однородным микроволновым излучением?
- Какое событие высвободило космический микроволновый фон и когда?
- Как его крошечные анизотропии раскрывают состав и геометрию Вселенной?
- Что его поляризация говорит нам о ранней Вселенной?
Key concepts
- Спектр абсолютно черного тела
- Поверхность последнего рассеяния
- Рекомбинация
- Температурная анизотропия
- Акустические пики
- Угловой спектр мощности
- Поляризация
Key theories
- Реликтовое излучение абсолютно черного тела
- Горячая ранняя Вселенная была заполнена излучением в тепловом равновесии, которое после отделения от материи сохраняется сегодня как почти идеальный спектр абсолютно черного тела, охлажденный расширением до нескольких кельвинов.
- Акустические пики
- Звуковые волны в первичной плазме оставляют характерную серию пиков в угловом спектре мощности температурных анизотропий, чьи положения и высоты жестко ограничивают космологические параметры.
Clinical relevance
Космический микроволновый фон является наиболее мощным наблюдательным столпом космологии: его спектр абсолютно черного тела подтверждает модель горячего Большого взрыва, его анизотропии измеряют плотности обычной материи, темной материи и темной энергии с точностью до процента, а его статистика проверяет инфляцию и геометрию пространства.
History
Предсказанное как реликтовое излучение группой Гамова в 1940-х годах и теоретически заново открытое Дикке и Пиблсом, это фоновое излучение было случайно обнаружено Пензиасом и Уилсоном в 1965 году; COBE подтвердил его спектр абсолютно черного тела и обнаружил анизотропии в 1990-х годах, а WMAP и Planck картировали его с точностью, которая установила согласованную космологическую модель.
Debates
- Крупномасштабные аномалии
- Несколько неожиданных особенностей на самых больших угловых масштабах, таких как низкий квадруполь и кажущиеся выравнивания, вызвали дебаты о том, являются ли они статистическими случайностями, загрязнением переднего плана или новой физикой за пределами стандартной модели.
Key figures
- Arno Penzias
- Robert Wilson
- Robert Dicke
- James Peebles
- George Smoot
Related topics
Seminal works
- penzias1965
- dicke1965
Frequently asked questions
- Почему космический микроволновый фон находится в микроволновом диапазоне?
- Он был испущен как видимый и инфракрасный свет от плазмы с температурой около 3000 кельвинов, но расширение Вселенной растянуло его длины волн примерно в тысячу раз, сместив его в микроволновый диапазон и охладив примерно до 2,7 кельвина.
- Можем ли мы увидеть что-либо старше космического микроволнового фона?
- Не в свете: до рекомбинации Вселенная была непрозрачна для фотонов, поэтому космический микроволновый фон является самым ранним наблюдаемым электромагнитным сигналом; достижение более ранних эпох требует других носителей информации, таких как нейтрино или гравитационные волны.