O imagine a radiației cosmice de fundal cu microunde, realizată de satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene (ESA) în 2013, arată micile variații de pe cer
(Imagine: © ESA / Planck Collaboration)
Fundalul cosmic cu microunde (CMB) este considerat a fi radiații rămase din Big Bang, sau perioada în care universul a început. Conform teoriei, când sa născut universul a suferit o inflație rapidă și o expansiune. (Universul se extinde și astăzi, iar rata de expansiune apare diferită în funcție de locul în care arătați). CMB reprezintă căldura rămasă din Big Bang.
Nu puteți vedea CMB cu ochiul liber, dar este peste tot în univers. Este invizibil pentru oameni, deoarece este atât de rece, la doar 2,725 grade peste zero absolut (minus 459,67 grade Fahrenheit, sau minus 273,15 grade Celsius.) Aceasta înseamnă că radiația sa este cea mai vizibilă în partea cu microunde a spectrului electromagnetic.
Origini și descoperire
Universul a început cu 13,8 miliarde de ani în urmă, iar CMB datează de la aproximativ 400.000 de ani după Big Bang. Asta pentru că în stadiile incipiente ale universului, când avea doar o sută de milioane de dimensiuni în care este astăzi, temperatura sa a fost extremă: 273 milioane de grade de mai sus zero absolut, conform NASA.
Orice atom de prezență la acea vreme a fost rapid împărțit în particule mici (protoni și electroni). Radiația de la CMB în fotoni (particule reprezentând cantități de lumină sau altă radiație) a fost împrăștiată în afara electronilor. "Astfel, fotonii au rătăcit prin universul timpuriu, la fel cum lumina optică rătăcește printr-o ceață densă", a scris NASA.
La aproximativ 380.000 de ani de la Big Bang, universul a fost suficient de rece încât s-ar putea forma hidrogenul. Deoarece fotonii CMB abia sunt afectați de lovirea hidrogenului, fotonii călătoresc în linii drepte. Cosmologii se referă la o "suprafață a ultimei împrăștieri" atunci când fotonii CMB au lovit ultima dată; după aceea, universul era prea mare. Deci, atunci când mapăm CMB, ne uităm înapoi la 380.000 de ani după Big Bang, imediat după ce universul a fost opac radiațiilor.
Cosmologul american Ralph Apher a prezis pentru prima dată CMB în 1948, când lucra cu Robert Herman și George Gamow, potrivit NASA. Echipa făcea cercetări legate de nucleosinteza Big Bang sau producția de elemente din univers, pe lângă cel mai ușor izotop (tip) de hidrogen. Acest tip de hidrogen a fost creat foarte devreme în istoria universului.
Însă CMB a fost găsit întâi din întâmplare. În 1965, doi cercetători cu Bell Telephone Laboratories (Arno Penzias și Robert Wilson) au creat un receptor radio și au fost încurcați de zgomotul pe care îl ridica. În curând și-au dat seama că zgomotul venea uniform din tot cerul. În același timp, o echipă de la Universitatea Princeton (condusă de Robert Dicke) încerca să găsească CMB. Echipa lui Dicke a obținut experimentul Bell și și-a dat seama că CMB fusese găsită.
Ambele echipe au publicat rapid articole în Astrophysical Journal în 1965, cu Penzias și Wilson vorbind despre ceea ce au văzut, iar echipa lui Dicke explicând ce înseamnă în contextul universului. (Ulterior, Penzias și Wilson au primit ambele premiul Nobel pentru fizică din 1978).
Studierea mai detaliată
CMB este util oamenilor de știință, deoarece ne ajută să învățăm cum s-a format universul timpuriu. Se află la o temperatură uniformă, cu doar fluctuații mici vizibile cu telescoape precise. "Studiind aceste fluctuații, cosmologii pot afla despre originea galaxiilor și a structurilor pe scară largă a galaxiilor și pot măsura parametrii de bază ai teoriei Big Bang", a scris NASA.
În timp ce porțiuni din CMB au fost cartografiate în deceniile următoare după descoperirea sa, prima hartă full-sky bazată în spațiu a venit din misiunea Cosmic Background Explorer (COBE) a NASA, care a fost lansată în 1989 și a încetat operațiunile științifice în 1993. ”Al universului, așa cum îl numește NASA, a confirmat predicțiile teoriei Big Bang și a arătat, de asemenea, indicii ale structurii cosmice care nu se vedeau până acum. În 2006, Premiul Nobel pentru fizică a fost acordat oamenilor de știință COBE, John Mather, la Centrul de zbor spațial Goddard NASA, și George Smoot la Universitatea din California, Berkeley.
O hartă mai detaliată a venit în 2003 prin amabilitatea sondei Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), care a fost lansată în iunie 2001 și a încetat colectarea datelor științifice în 2010. Prima imagine a atins vârsta universului la 13,7 miliarde de ani (o măsurare de la perfecționarea la 13,8 miliarde de ani) ani) și a dezvăluit și o surpriză: cele mai vechi stele au început să strălucească la aproximativ 200 de milioane de ani după Big Bang, mult mai devreme decât se prevedea.
Oamenii de știință au urmărit aceste rezultate studiind etapele inflației timpurii ale universului (în a treia miliarde de secunde după formare) și dând parametri mai precisi asupra densității atomului, a absenței universului și a altor proprietăți ale universului la puțin timp după formare. Au văzut, de asemenea, o asimetrie ciudată a temperaturilor medii în ambele emisfere ale cerului și un „punct rece”, care era mai mare decât se aștepta. Echipa WMAP a primit premiul Breakthrough 2018 în fizică fundamentală pentru munca lor.
În 2013, datele de la telescopul spațial Planck al Agenției Spațiale Europene au fost lansate, care arată imaginea de maximă precizie a CMB încă. Oamenii de știință au descoperit un alt mister cu aceste informații: fluctuațiile CMB la scară unghiulară mare nu s-au potrivit cu predicțiile. Planck a confirmat, de asemenea, ce a văzut WMAP în ceea ce privește asimetria și punctul rece. Publicarea finală a datelor Planck în 2018 (misiunea funcționată între 2009 și 2013) a arătat mai multe dovezi că materia întunecată și energia întunecată - forțe misterioase care sunt probabil în spatele accelerării universului - par să existe.
Alte eforturi de cercetare au încercat să examineze diferite aspecte ale CMB. Unul este determinarea tipurilor de polarizare numite moduri E (descoperite de Interferometrul de scară unghiulară pe bază de Antarctică în 2002) și modurile B. Modurile B pot fi produse din lentilele gravitaționale ale modurilor E (această lentilare a fost văzută pentru prima dată de Telescopul polului sud în 2013) și de unde gravitaționale (care au fost observate pentru prima dată în 2016 cu ajutorul Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, sau LIGO). În 2014, se spune că instrumentul BICEP2 bazat pe Antarctica a găsit moduri de undă gravitațională B, dar observațiile ulterioare (inclusiv lucrările de la Planck) au arătat că aceste rezultate s-au datorat prafului cosmic.
De la mijlocul anului 2018, oamenii de știință încă caută semnalul care a arătat o scurtă perioadă de expansiune rapidă a universului, la scurt timp după Big Bang. Pe atunci, universul devenea mai mare cu o viteză mai rapidă decât viteza luminii. Dacă s-a întâmplat acest lucru, cercetătorii suspectează că acest lucru ar trebui să fie vizibil în CMB printr-o formă de polarizare. Un studiu din acel an a sugerat că o strălucire din nanodiamondele creează o lumină slabă, dar discernibilă, care interferează cu observațiile cosmice. Acum că este luată în considerare această strălucire, investigațiile viitoare ar putea elimina-o pentru a căuta mai bine polarizarea slabă a CMB, au spus autorii studiului la acea vreme.
Resursă suplimentară
- NASA: Teste de Big Bang: CMB
