Космический микроволновый фон

Часть серии по
Физическая космология
Большой взрыв  · Вселенная Возраст вселенной Хронология Вселенной
Ранняя вселенная Эпоха Планка Эпоха великого объединения Электрослабая эпоха Эпоха кварков Адронная эпоха Эпоха лептона Фотонная эпоха Нуклеосинтез Большого взрыва Инфляция Темные века Звездная эра Фоны Космический фоновый радиационный фон (CBR) Фон гравитационных волн (ФГВ) Космический микроволновый фон (CMB)  · Космический нейтринный фон (CNB) Космический инфракрасный фон (ИНБ)
Расширение  · Будущее Закон Хаббла  · Красное смещение Расширение Вселенной Ускоряющееся расширение Вселенной Сопутствующие и правильные расстояния Метрика FLRW  · Уравнения Фридмана Неоднородная космология Хронология далекого будущего Будущее расширяющейся Вселенной Конечная судьба вселенной Тепловая смерть вселенной Большой разрыв Большой хруст Большой отскок Распад ложного вакуума Маленький Рип Распад протона Виртуальная черная дыра
Компоненты  · Структура Составные части Лямбда-CDM модель Барионная материя Экзотическая материя Вырожденная материя Нейтроний КХД имеет значение Странное дело Отрицательное вещество Энергия Отрицательная энергия Нулевая энергия Энергия вакуума Радиация Фоновое излучение Темная энергия Квинтэссенция Фантомная энергия Темная материя Холодная темная материя Теплая темная материя Смешанная темная материя Горячая темная материя Светлая темная материя Самовзаимодействующая темная материя Скалярное поле темной материи Темное излучение Темная жидкость Темный поток Зеркальная материя Состав Форма вселенной Реионизация  · Формирование структуры Формирование галактики Мультивселенная Вселенная Наблюдаемая Вселенная Объем Хаббла Крупномасштабная конструкция Большая группа квазаров Нить галактики Сверхскопление Скопление галактик Группа галактик Местная группа Галактика Ореол темной материи Звездное скопление Солнечная система Планетная система Пустота
Эксперименты Бумеранг Исследователь космического фона (COBE) Обзор темной энергии Евклид Проект Illustris Обсерватория Веры К. Рубин Космическая обсерватория Планка Слоан цифровой обзор неба (SDSS) Обзор красного смещения галактики 2dF ("2dF") ВселеннаяМашина Микроволновый датчик анизотропии Wilkinson (WMAP)
Ученые Ааронсон Альфвен Альфер Бхарадвадж Коперник де Ситтер Дике Эддингтон Элерс Эйнштейн Эллис Фридман Галилео Гамов Гут Хокинг Хаббл Лемэтр Linde Mather Ньютон Penzias Вбивать в голову Шмидт Шварцшильд Smoot Старобинский Steinhardt Suntzeff Сюняев Толман Уилсон Зельдович
История темы Открытие космического микроволнового фонового излучения История теории большого взрыва Религиозные интерпретации теории большого взрыва Хронология космологических теорий
Категория  Астрономический портал
v т е

Реликтовые ( С, CMBR ), в Большом взрыве космологии, это электромагнитное излучение , которое является остатком от ранней стадии Вселенной, также известной как «реликтовое излучение». ^[1] CMB - это слабое космическое фоновое излучение, заполняющее все пространство. Это важный источник данных о ранней Вселенной, потому что это самое древнее электромагнитное излучение во Вселенной, относящееся к эпохе рекомбинации . В традиционном оптическом телескопе пространство между звездами и галактиками (фон) полностью темное. Однако достаточно чувствительный радиотелескоппоказывает слабый фоновый шум или свечение, почти изотропное , которое не связано ни с одной звездой, галактикой или другим объектом. Это свечение наиболее сильно в микроволновом диапазоне радиоспектра. Случайное открытие реликтового излучения в 1965 году американскими радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном ^{[2] [3]} стало кульминацией работы, начатой ​​в 1940-х годах, и принесло первооткрывателям Нобелевскую премию по физике 1978 года .

CMB - знаковое свидетельство происхождения Вселенной в результате Большого взрыва . Когда Вселенная была молодой, до образования звезд и планет, она была плотнее, намного горячее и заполнена непрозрачным туманом водородной плазмы . По мере того, как Вселенная расширялась, и плазма, и заполняющее ее излучение становились все холоднее. Когда температура упала достаточно, протоны и электроны объединились, чтобы сформировать нейтральные атомы водорода. В отличие от плазмы, эти недавно возникшие атомы не могли рассеивать тепловое излучение посредством томсоновского рассеяния , и поэтому Вселенная стала прозрачной. ^[4] Космологи называют период времени, когда нейтральные атомы впервые образовались, эпохой рекомбинации., и событие, произошедшее вскоре после этого, когда фотоны начали свободно перемещаться в пространстве, называется разделением фотонов . Фотоны, существовавшие во время разделения фотонов, с тех пор распространяются, хотя становятся все слабее и менее энергичными , поскольку расширение пространства приводит к увеличению их длины волны со временем (а длина волны обратно пропорциональна энергии в соответствии с соотношением Планка ). Это источник альтернативного термина реликтового излучения . Поверхность последнего рассеяния относится к набору точек в пространстве на правильном расстоянии от нас, так что теперь мы получаем фотоны, изначально испущенные из этих точек во время разделения фотонов.

Важность точного измерения [ править ]

Точные измерения реликтового излучения имеют решающее значение для космологии, поскольку любая предлагаемая модель Вселенной должна объяснять это излучение. CMB имеет тепловой спектр черного тела при температуре2,725 48 ± 0,000 57  К . ^[5] В спектральной яркостью де _Н. / dν пики при 160.23 ГГц, в СВЧ - диапазоне частот, что соответствует энергии фотона примерно 6,626 ⋅ 10 ^-4 эВ . В качестве альтернативы, если спектральная яркость определяется как dE _λ / dλ, тогда максимальная длина волны составляет 1,063 мм (282 ГГц, 1,168 ⋅ 10 ^-3 эВ фотонов). Свечение почти однородно во всех направлениях, но крошечные остаточные вариации показывают очень специфическую картину, такую ​​же, как и ожидалось от довольно равномерно распределенного горячего газа.который расширился до нынешних размеров Вселенной. В частности, спектральная яркость при разных углах наблюдения в небе содержит небольшие анизотропии или неоднородности, которые зависят от размера исследуемой области. Они были детально измерены и соответствуют тому, что можно было бы ожидать, если бы небольшие тепловые вариации, вызванные квантовыми флуктуациями материи в очень крошечном пространстве, расширились до размеров наблюдаемой Вселенной, которую мы видим сегодня. Это очень активная область исследований, в которой ученые ищут как более точные данные (например, космический корабль Planck)) и лучшая интерпретация начальных условий расширения. Хотя множество различных процессов могут дать общую форму спектра черного тела, ни одна модель, кроме Большого взрыва, еще не объяснила флуктуации. В результате большинство космологов считают модель Вселенной Большого взрыва лучшим объяснением реликтового излучения.

Высокая степень однородности наблюдаемой Вселенной и ее слабая, но измеряемая анизотропия оказывают сильную поддержку модели Большого взрыва в целом и модели ΛCDM («Лямбда холодной темной материи») в частности. Более того, флуктуации когерентны на угловых масштабах, которые больше видимого космологического горизонта при рекомбинации. Либо такая когерентность точно отрегулирована , либо произошла космическая инфляция . ^{[6] [7]}

Особенности [ править ]

Космическое микроволновое фоновое излучение - это излучение однородной тепловой энергии черного тела, исходящее со всех частей неба. Изотропность излучения составляет примерно одну часть на 100 000: среднеквадратичные вариации составляют всего 18 мкК ^[9] после вычитания дипольной анизотропии из доплеровского сдвига фонового излучения. Последнее вызвано пекулярной скоростью Солнца относительно сопутствующей космической системы покоя, поскольку оно движется со скоростью примерно 369,82 ± 0,11 км / с в направлении созвездия Льва (галактическая долгота 264,021 ± 0,011, галактическая широта 48,253 ± 0,005). ^[10]Диполь реликтового излучения и аберрация на более высоких мультиполях были измерены в соответствии с движением галактики. ^[11]

В Большом взрыве модели для формирования Вселенной , инфляционная космология предсказывает , что примерно через 10 ^-37 секунды ^[12] зарождающаяся Вселенная претерпела экспоненциальный рост , который сглаживается почти все неровности. Остальные нарушения были вызваны квантовыми флуктуациями поля инфляции, вызвавшими событие инфляции. ^[13] Еще задолго до образования звезд и планет, ранняя Вселенная была меньше, гораздо горячее и, начиная с 10 ^-6 секунды после Большого взрыва, наполненные однородной зарево от его белого горячего тумана взаимодействующих плазмы из фотонов ,электроны и барионы .

По мере того как Вселенная расширяется , адиабатическое охлаждение вызвало плотность энергии плазмы , чтобы уменьшить , пока он не стал благоприятным для электронов сочетать с протонами , образуя водородные атомы. Это событие рекомбинации произошло, когда температура была около 3000 К или когда Вселенной было около 379000 лет. ^[14] Поскольку фотоны не взаимодействовали с этими электрически нейтральными атомами, первые начали свободно перемещаться в пространстве, что привело к разделению материи и излучения. ^[15]

Цветовая температура ансамбля несвязанных фотонов продолжает уменьшаться до сих пор; теперь до2,7260 ± 0,0013 К , ^[5] она будет продолжать падать по мере расширения Вселенной. Интенсивность излучения соответствует излучению черного тела при 2,726 К, потому что излучение черного тела с красным смещением похоже на излучение черного тела при более низкой температуре. Согласно модели Большого взрыва, излучение неба, которое мы измеряем сегодня, исходит от сферической поверхности, называемой поверхностью последнего рассеяния . Это представляет собой набор местоположений в пространстве, в которых, по оценкам, произошло событие разъединения ^[16], и в такой момент времени, когда фотоны с этого расстояния только что достигли наблюдателей. Большая часть энергии излучения во Вселенной приходится на космический микроволновый фон ^[17]. составляя часть примерно 6 × 10 ⁻⁵ полной плотности Вселенной. ^[18]

Двумя величайшими успехами теории Большого взрыва являются ее предсказание почти идеального спектра черного тела и детальное предсказание анизотропии космического микроволнового фона. Спектр реликтового излучения стал наиболее точно измеряемым спектром черного тела в природе. ^[8]

Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,260 эВ / см ³ (4,17 × 10 ^-14  Дж / м ³ ), что дает около 411 фотонов / см ³ . ^[19]

История [ править ]

Космический микроволновый фон был впервые предсказан в 1948 году Ральфом Альфером и Робертом Херманом . ^{[20] [21] [22] [23]} Альфер и Герман смогли оценить температуру космического микроволнового фона в 5 К, хотя два года спустя они переоценили ее в 28 К. Эта высокая оценка была вызвана тем, что неверная оценка постоянной Хаббла, сделанная Альфредом Бером, которая не могла быть воспроизведена и позже была оставлена ​​для более ранней оценки. Хотя было несколько предыдущих оценок температуры космоса, они имели два недостатка. Во-первых, они были измерениями эффективной температуры пространства и не предполагали, что пространство заполнено тепловымПланковский спектр . Далее, они зависят от того, что мы находимся в особом месте на краю галактики Млечный Путь, и они не предполагали, что излучение является изотропным. Оценки дали бы совсем другие прогнозы, если бы Земля оказалась в другом месте во Вселенной. ^[24]

Результаты Альфера и Германа в 1948 году обсуждались во многих физических кругах примерно до 1955 года, когда оба покинули Лабораторию прикладной физики в Университете Джона Хопкинса . Однако основное астрономическое сообщество в то время не было заинтриговано космологией. Предсказание Альфера и Германа было переоткрыто Яковом Зельдовичем в начале 1960-х годов и в то же время независимо предсказано Робертом Дике . Первое опубликованное признание реликтового излучения как обнаруживаемого явления появилось в краткой статье советских астрофизиков А.Г. Дорошкевича и Игоря Новикова весной 1964 года. ^[25] В 1964 году Дэвид Тодд Уилкинсон.и Питер Ролл, коллеги Дике из Принстонского университета , начали создавать радиометр Дике для измерения космического микроволнового фона. ^[26] В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон в районе Кроуфорд-Хилл, где находится Bell Telephone Laboratories в соседнем городке Холмдел, штат Нью-Джерси, построили радиометр Дике, который они намеревались использовать в экспериментах по радиоастрономии и спутниковой связи. 20 мая 1964 года они провели первое измерение, ясно показывающее присутствие микроволнового фона ^[27], с их прибором, имеющим превышение антенной температуры 4,2 К.чего они не могли объяснить. Получив телефонный звонок из Кроуфорд Хилла, Дике сказал: «Мальчики, нас накрыли». ^{[2] [28] [29]} Встреча между группами из Принстона и Кроуфорд-Хилла определила, что температура антенны действительно связана с микроволновым фоном. Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике 1978 года за свое открытие. ^[30]

Интерпретация космического микроволнового фона была спорным вопросом в 1960-х годах, и некоторые сторонники теории стационарного состояния утверждали, что микроволновый фон является результатом рассеянного звездного света от далеких галактик. ^[31] Используя эту модель и основываясь на исследовании узких линий поглощения в спектрах звезд, астроном Эндрю МакКеллар написал в 1941 году: «Можно вычислить, что« вращательная температура »межзвездного пространства составляет 2 К.» ^[32]Однако в 1970-х годах было установлено, что космический микроволновый фон - это пережиток Большого взрыва. Во многом это произошло потому, что новые измерения в диапазоне частот показали, что спектр является тепловым спектром черного тела , и результат, который модель устойчивого состояния не может воспроизвести. ^[33]

Харрисон, Пиблз, Ю и Зельдович осознали, что ранняя Вселенная должна иметь неоднородности на уровне 10 ⁻⁴ или 10 ⁻⁵ . ^{[34] [35] [36]} Позднее Рашид Сюняев рассчитал наблюдаемый отпечаток, который эти неоднородности будут иметь на космическом микроволновом фоне. ^[37] Все более строгие ограничения на анизотропию космического микроволнового фона были установлены наземными экспериментами в 1980-х годах. РЕЛИКТ-1 , советский эксперимент по изучению анизотропии космического микроволнового фона на борту спутника «Прогноз 9» (запущен 1 июля 1983 г.), дал верхние пределы крупномасштабной анизотропии. NASA COBEмиссия ясно подтвердила первичную анизотропию с помощью прибора «Дифференциальный микроволновый радиометр», опубликовав свои результаты в 1992 году. ^{[38] [39]} За это открытие группа получила Нобелевскую премию по физике за 2006 год.

Вдохновленные результатами COBE, в течение следующего десятилетия в серии наземных и аэростатных экспериментов измерялась анизотропия космического микроволнового фона на меньших угловых масштабах. Основная цель этих экспериментов состояла в том, чтобы измерить масштаб первого акустического пика, разрешение которого у COBE не было достаточного для разрешения. Этот пик соответствует крупномасштабным вариациям плотности в ранней Вселенной, которые создаются гравитационной нестабильностью, приводящей к акустическим колебаниям в плазме. ^[40] Первый пик анизотропии был предварительно обнаружен экспериментом Токо, и результат был подтвержден экспериментами BOOMERanG и MAXIMA . ^{[41] [42] [43]}Эти измерения показали, что геометрия Вселенной скорее плоская, чем изогнутая . ^[44] Они исключили космические струны как основной компонент формирования космической структуры и предположили, что космическая инфляция была правильной теорией формирования структуры. ^[45]

Второй пик был предварительно обнаружен в нескольких экспериментах, прежде чем он был окончательно обнаружен WMAP , который предварительно обнаружил третий пик. ^[46] По состоянию на 2010 год, несколько экспериментов по улучшению измерений поляризации и микроволнового фона на малых угловых масштабах продолжаются. К ним относятся DASI, WMAP, Boomerang, квадроциклов , Планка космического корабля , Атакама Космология телескоп , Pole Telescope Южной и ТИХИЙ телескоп .

Связь с Большим взрывом [ править ]

Космическое микроволновое фоновое излучение и космологическое соотношение красное смещение - расстояние вместе считаются наилучшим доступным доказательством теории Большого взрыва . Измерения реликтового излучения сделали теорию инфляционного Большого взрыва Стандартной космологической моделью . ^[47] Открытие реликтового излучения в середине 1960-х ограничило интерес к таким альтернативам , как теория устойчивого состояния . ^[48]

В конце 1940-х годов Альфер и Герман рассудили, что если бы произошел большой взрыв, расширение Вселенной растянуло бы и охладило бы высокоэнергетическое излучение очень ранней Вселенной до микроволновой области электромагнитного спектра и до температуры около 5 К. Они немного отклонились от своей оценки, но они имели правильное представление. Они предсказали реликтовый свет. Пензиасу и Уилсону потребовалось еще 15 лет, чтобы обнаружить, что микроволновый фон действительно существует. ^[49]

CMB дает снимок Вселенной, когда, согласно стандартной космологии, температура упала настолько, чтобы позволить электронам и протонам образовать атомы водорода , что сделало Вселенную почти прозрачной для излучения, потому что свет больше не рассеивался на свободных электронах. Когда она возникла примерно через 380 000 лет после Большого взрыва - это время обычно известно как «время последнего рассеяния» или период рекомбинации или разделения - температура Вселенной составляла около 3000 К. Это соответствует энергии около 0,26  эВ , ^[50]что намного меньше энергии ионизации водорода 13,6 эВ. ^[51]

После разъединения температура фонового излучения упала в среднем в 1090 раз ^[52] из-за расширения Вселенной. По мере того как Вселенная расширяется, фотоны реликтового излучения смещаются в красную область , в результате чего их энергия уменьшается. Температура этого излучения остается обратно пропорциональной параметру, который описывает относительное расширение Вселенной с течением времени, известному как масштабная длина . Можно показать, что температура T _r реликтового излучения как функция красного смещения z пропорциональна температуре реликтового излучения, наблюдаемой в наши дни (2,725 К или 0,2348 мэВ): ^[53]

Т _r = 2,725 ⋅ (1 + z )

Для получения подробной информации о том, что излучение является доказательством Большого взрыва, см. Космическое фоновое излучение Большого взрыва .

Первичная анизотропия [ править ]

Анизотропии или направленная зависимость, космического микроволновый фон делятся на два типа: первичную анизотропию, из - за эффекты , которые происходят на поверхности последнего рассеяния и до; и вторичная анизотропия, обусловленная такими эффектами, как взаимодействие фонового излучения с промежуточным горячим газом или гравитационными потенциалами, которые возникают между последней рассеивающей поверхностью и наблюдателем.

Структура анизотропии космического микроволнового фона в основном определяется двумя эффектами: акустическими колебаниями и диффузионным демпфированием (также называемым бесстолкновительным демпфированием или демпфированием шелка ). Акустические колебания возникают из - за конфликта в фотон - барионовплазма в ранней Вселенной. Давление фотонов имеет тенденцию стирать анизотропию, тогда как гравитационное притяжение барионов, движущихся со скоростью, намного меньшей, чем скорость света, заставляет их схлопываться, образуя избыточную плотность. Эти два эффекта конкурируют за создание акустических колебаний, которые придают микроволновому фону характерную пиковую структуру. Пики примерно соответствуют резонансам, в которых фотоны разделяются, когда конкретная мода находится на пике амплитуды.

Пики содержат интересные физические признаки. Угловой масштаб первого пика определяет кривизну Вселенной (но не топологию Вселенной). Следующий пик - отношение нечетных пиков к четным - определяет приведенную плотность барионов. ^[54] Третий пик можно использовать для получения информации о плотности темной материи. ^[55]

Расположение пиков дает важную информацию о природе первичных возмущений плотности. Есть два основных типа возмущений плотности, которые называются адиабатическими и изокривизнами . Общее возмущение плотности представляет собой смесь обоих, и различные теории, которые претендуют на объяснение спектра первичных возмущений плотности, предсказывают разные смеси.

Адиабатические возмущения плотности

При адиабатическом возмущении плотности относительная дополнительная числовая плотность каждого типа частиц ( барионов , фотонов ...) одинакова. То есть, если в одном месте плотность барионов на 1% выше, чем в среднем, то в этом месте плотность фотонов на 1% (и нейтрино на 1% выше), чем в среднем. Космическая инфляция предсказывает, что изначальные возмущения являются адиабатическими.

Возмущения плотности изогнутой формы

При возмущении плотности изогнутой формы сумма (по разным типам частиц) дробных дополнительных плотностей равна нулю. То есть возмущение, при котором в каком-то месте в барионах на 1% больше энергии, чем в среднем, на 1% больше энергии в фотонах, чем в среднем, и на 2% меньше энергии в нейтрино, чем в среднем, будет чистым возмущением изокривизны. Космические струны будут производить в основном искривленные первичные возмущения.

Спектр CMB может различать эти два типа, потому что эти два типа возмущений создают разные положения пиков. Возмущения изогнутой плотности образуют серию пиков, угловые масштабы которых ( значения ℓ пиков) находятся примерно в соотношении 1: 3: 5: ..., в то время как адиабатические возмущения плотности образуют пики, расположение которых находится в соотношении 1: 2: 3 : ... ^[56] Наблюдения согласуются с тем, что первичные возмущения плотности являются полностью адиабатическими, обеспечивая ключевую поддержку инфляции и исключающую многие модели формирования структуры, включающие, например, космические струны.

Бесстолкновительное затухание вызывается двумя эффектами, когда первичная плазма рассматривается как жидкость, и начинает разрушаться:

• увеличивающаяся длина свободного пробега фотонов по мере того, как первичная плазма становится все более разреженной в расширяющейся Вселенной,
• конечная глубина последней рассеивающей поверхности (LSS), которая вызывает быстрое увеличение длины свободного пробега во время развязки, даже если некоторое комптоновское рассеяние все еще имеет место.

Эти эффекты примерно в равной степени способствуют подавлению анизотропии на малых масштабах и приводят к характерному экспоненциальному затухающему хвосту, наблюдаемому в очень малых анизотропиях углового масштаба.

Глубина LSS относится к тому факту, что разделение фотонов и барионов не происходит мгновенно, а требует значительной доли возраста Вселенной до этой эры. Один из методов количественной оценки того, сколько времени занял этот процесс, использует функцию видимости фотонов (PVF). Эта функция определена так, что, обозначая PVF через P ( t ), вероятность того, что фотон CMB последний раз рассеивается между временем t и t + dt , определяется как P ( t )  dt .

Максимум ПВФ (время, когда наиболее вероятно, что данный фотон реликтового излучения рассеян в последний раз) известен довольно точно. Результаты WMAP за первый год показывают, что максимальное время P ( t ) составляет 372 000 лет. ^[57] Это часто принимают за «время», когда образовалось реликтовое излучение. Однако, чтобы выяснить, сколько времени понадобилось фотонам и барионам, чтобы разъединиться, нам нужна мера ширины PVF. Команда WMAP обнаружила, что PVF превышает половину своего максимального значения («полная ширина на половине максимума», или FWHM) за интервал 115 000 лет. По этому показателю разделение произошло примерно за 115 000 лет, а когда оно было завершено, возраст Вселенной был примерно 487 000 лет.

Поздняя анизотропия [ править ]

С момента возникновения реликтового излучения он, по-видимому, был модифицирован несколькими последующими физическими процессами, которые в совокупности называются поздней анизотропией или вторичной анизотропией. Когда фотоны реликтового излучения получили возможность беспрепятственно перемещаться, обычная материя во Вселенной была в основном в форме нейтральных атомов водорода и гелия. Однако сегодняшние наблюдения галактик, кажется, указывают на то, что большая часть объема межгалактической среды (IGM) состоит из ионизированного материала (так как имеется мало линий поглощения, обусловленных атомами водорода). Это подразумевает период реионизации, в течение которого некоторая часть вещества Вселенной была расщеплена на ионы водорода.

Фотоны реликтового излучения рассеиваются свободными зарядами, такими как электроны, которые не связаны в атомах. В ионизированной Вселенной такие заряженные частицы были освобождены от нейтральных атомов ионизирующим (ультрафиолетовым) излучением. Сегодня эти свободные заряды имеют достаточно низкую плотность в большей части объема Вселенной, поэтому они не оказывают заметного влияния на реликтовое излучение. Однако, если IGM был ионизирован в очень ранние времена, когда Вселенная была еще плотнее, то на CMB есть два основных эффекта:

1. Мелкомасштабные анизотропии стираются. (Так же, как при взгляде на объект сквозь туман, детали объекта кажутся нечеткими.)
2. Физика того, как фотоны рассеиваются свободными электронами ( томсоновское рассеяние ), вызывает анизотропию поляризации на больших угловых масштабах. Эта широкоугольная поляризация коррелирует с широкоугольным возмущением температуры.

Оба этих эффекта были обнаружены космическим кораблем WMAP, что свидетельствует о том, что Вселенная была ионизирована в очень ранние времена, с красным смещением более 17 лет. ^{[ Требуется пояснение ]} Детальное происхождение этого раннего ионизирующего излучения все еще является предметом научных дискуссий. . Он мог включать в себя звездный свет от самой первой популяции звезд (звезды популяции III ), сверхновые, когда эти первые звезды достигли конца своей жизни, или ионизирующее излучение, создаваемое аккреционными дисками массивных черных дыр.

Время, прошедшее после излучения космического микроволнового фона - и до наблюдения первых звезд - космологи полушутливо называют темным веком , и это период, который активно изучается астрономами (см. Излучение 21 сантиметр ). .

Два других эффекта, которые произошли между реионизацией и нашими наблюдениями космического микроволнового фона и которые, по-видимому, вызывают анизотропию, - это эффект Сюняева-Зельдовича , когда облако высокоэнергетических электронов рассеивает излучение, передавая часть своей энергии в фотоны реликтового излучения и эффект Сакса – Вульфа , который заставляет фотоны космического микроволнового фона гравитационно смещаться в красную или синюю сторону из-за изменения гравитационных полей.

Поляризация [ править ]

Космический микроволновый фон поляризован на уровне нескольких микрокельвинов. Есть два типа поляризации, называемые E-модами и B-модами. Это аналогично электростатике , в которой электрическое поле ( E- поле) имеет исчезающий ротор, а магнитное поле ( B- поле) имеет исчезающую расходимость . E-моды возникают естественным образом из-за томсоновского рассеяния в неоднородной плазме. B-моды не создаются стандартными возмущениями скалярного типа. Вместо этого они могут быть созданы двумя механизмами: первый - это гравитационное линзирование E-мод, которое было измерено телескопом Южного полюса в 2013 году; ^[58]второй - от гравитационных волн, возникающих в результате космической инфляции . Обнаружить B-режимы чрезвычайно сложно, особенно потому, что степень загрязнения переднего плана неизвестна, а слабый сигнал гравитационного линзирования смешивает относительно сильный сигнал E-режима с сигналом B-режима. ^[59]

Электронные режимы [ править ]

Е-режимы были впервые обнаружены в 2002 году интерферометром угловой шкалы (DASI).

B-режимы [ править ]

Космологи предсказывают два типа B-мод: первый генерируется во время космической инфляции вскоре после Большого взрыва ^{[60] [61] [62],} а второй генерируется гравитационным линзированием в более позднее время. ^[63]

Изначальные гравитационные волны [ править ]

Первичные гравитационные волны - это гравитационные волны, которые можно было наблюдать в поляризации космического микроволнового фона и берущие свое начало в ранней Вселенной . Модели космической инфляции предсказывают появление таких гравитационных волн; таким образом, их обнаружение поддерживает теорию инфляции, а их сила может подтверждать и исключать различные модели инфляции. Это результат трех вещей: инфляционного расширения самого пространства, повторного нагрева после инфляции и турбулентного жидкого смешения материи и излучения. ^[64]

17 марта 2014 года было объявлено, что прибор BICEP2 обнаружил первый тип B-мод, соответствующий инфляции и гравитационным волнам в ранней Вселенной на уровне r =0,20+0,07
-0,05, который представляет собой количество мощности, присутствующей в гравитационных волнах, по сравнению с количеством мощности, присутствующей в других скалярных возмущениях плотности в очень ранней Вселенной. Если бы это было подтверждено, это дало бы убедительные доказательства космической инфляции и Большого взрыва ^{[65] [66] [67] [68] [69] [70] [71],} а также против экпиротической модели Пола Стейнхардта и Нила Турока . ^[72] Однако 19 июня 2014 г. было сообщено о значительном снижении уверенности в подтверждении результатов ^{[70] [73] [74],} а 19 сентября 2014 г. были опубликованы новые результаты эксперимента Планка.Сообщается, что результаты BICEP2 можно полностью отнести к космической пыли . ^{[75] [76]}

Гравитационное линзирование [ править ]

Второй тип B-мод был открыт в 2013 году с помощью телескопа Южного полюса и космической обсерватории Гершеля . ^[77] В октябре 2014 года результаты измерения поляризации B-моды на частоте 150 ГГц были опубликованы в эксперименте POLARBEAR . ^[78] По сравнению с BICEP2, POLARBEAR фокусируется на меньшем участке неба и менее подвержен воздействию пыли. Команда сообщила, что измеренная POLARBEAR поляризация B-моды имела космологическое происхождение (а не только из-за пыли) с уровнем достоверности 97,2%. ^[79]

Наблюдения за микроволновым фоном [ править ]

После открытия реликтового излучения были проведены сотни экспериментов с космическим микроволновым фоном для измерения и определения характеристик излучения. Самый известный эксперимент - это, вероятно, NASA Cosmic Background Explorer ( COBE) спутник, который находился на орбите в 1989–1996 годах и который обнаружил и количественно оценил крупномасштабные анизотропии на пределе своих возможностей обнаружения. Вдохновленные первоначальными результатами COBE о чрезвычайно изотропном и однородном фоне, серия наземных и аэростатных экспериментов позволила количественно оценить анизотропию реликтового излучения на меньших угловых масштабах в течение следующего десятилетия. Основная цель этих экспериментов состояла в том, чтобы измерить угловой масштаб первого акустического пика, для которого COBE не имел достаточного разрешения. Эти измерения позволили исключить космические струны как ведущую теорию формирования космической структуры, и предположили, что космическая инфляция была правильной теорией. В 1990-е годы первый пик был измерен с возрастающей чувствительностью, а к 2000 г.Эксперимент BOOMERanG показал, что наибольшие колебания мощности происходят на масштабах примерно в один градус. Вместе с другими космологическими данными эти результаты предполагали, что геометрия Вселенной плоская . Ряд наземных интерферометров обеспечили измерения флуктуаций с более высокой точностью в течение следующих трех лет, включая очень малую матрицу , интерферометр угловой шкалы (DASI) и космический фоновый формирователь изображения (CBI). DASI впервые обнаружил поляризацию реликтового излучения, а CBI предоставил первый спектр поляризации E-моды с убедительными доказательствами того, что он не в фазе со спектром T-моды.

В июне 2001 года НАСА запустило вторую космическую миссию CMB, WMAP , чтобы сделать гораздо более точные измерения крупномасштабной анизотропии на всем небе. WMAP использовала симметричные радиометры с быстрым многомодулированным сканированием и быстрой коммутацией, чтобы минимизировать шум сигналов, отличных от неба. ^[52] Первыми результатами этой миссии, раскрытыми в 2003 году, были подробные измерения углового спектра мощности в масштабе менее одного градуса, жестко ограничивающие различные космологические параметры. Результаты в целом согласуются с ожидаемыми от космической инфляции.а также различные другие конкурирующие теории и подробно доступны в банке данных НАСА по космическому микроволновому фону (CMB) (см. ссылки ниже). Хотя WMAP обеспечил очень точные измерения крупномасштабных угловых флуктуаций реликтового излучения (структуры размером с Луна по ширине), у него не было углового разрешения для измерения флуктуаций меньшего масштаба, которые наблюдались бывшими наземными объектами. интерферометры .

Третья космическая миссия, Planck Surveyor ЕКА (Европейского космического агентства) , была запущена в мае 2009 года и провела еще более детальное исследование, пока не была закрыта в октябре 2013 года. Planck использовал как радиометры HEMT, так и технологию болометров и измерил реликтовое излучение на меньший масштаб, чем WMAP. Его детекторы были испытаны на телескопе Antarctic Viper в качестве эксперимента ACBAR (Arcminute Cosmology Bolometer Array Receiver ), который на сегодняшний день позволил получить самые точные измерения в малых угловых масштабах, а также в телескопе на воздушном шаре Археопса .

21 марта 2013 года группа европейских исследователей космологического зонда Planck опубликовала карту всего неба миссии ( 565x318 jpeg , 3600x1800 jpeg ) космического микроволнового фона. ^{[80] [81]} Карта предполагает, что Вселенная немного старше, чем ожидали исследователи. Судя по карте, тонкие колебания температуры были отпечатаны на глубоком небе, когда космос был около370 000 лет. Отпечаток отражает рябь, возникшую еще в период существования Вселенной, за первую нониллионную долю секунды. По- видимому, эти пульсации вызвали к настоящему огромной космической паутине из скоплений галактик и темной материи . По данным 2013 года, Вселенная содержит 4,9% обычной материи , 26,8% темной материи и 68,3% темной энергии . 5 февраля 2015 года миссия Planck обнародовала новые данные, согласно которым возраст Вселенной равен13,799 ± 0,021 миллиарда лет, а постоянная Хаббла составила67,74 ± 0,46 (км / с) / Мпк . ^[82]

Дополнительные наземные инструменты, такие как телескоп Южного полюса в Антарктиде и предлагаемый проект Clover , космологический телескоп Атакама и телескоп QUIET в Чили, предоставят дополнительные данные, недоступные из спутниковых наблюдений, возможно, включая поляризацию в B-моде.

Обработка и анализ данных [ править ]

Необработанные данные CMBR, даже с космических аппаратов, таких как WMAP или Planck, содержат эффекты переднего плана, которые полностью скрывают мелкомасштабную структуру космического микроволнового фона. Мелкомасштабная структура накладывается на необработанные данные CMBR, но она слишком мала, чтобы ее можно было увидеть в масштабе необработанных данных. Наиболее заметным из эффектов переднего плана является дипольная анизотропия, вызванная движением Солнца относительно фона реликтового излучения. Дипольная анизотропия и другие факторы, обусловленные годовым движением Земли относительно Солнца и многочисленными микроволновыми источниками в плоскости Галактики и в других местах, должны быть вычтены, чтобы выявить чрезвычайно крошечные вариации, характеризующие мелкомасштабную структуру фона реликтового излучения.

Детальный анализ данных реликтового излучения для создания карт, углового спектра мощности и, в конечном итоге, космологических параметров - сложная вычислительно трудная задача. Хотя вычисление спектра мощности по карте в принципе является простым преобразованием Фурье , разлагающим карту неба на сферические гармоники , ^[83]

${\displaystyle T(\theta ,\varphi )=\sum _{\ell m}a_{\ell m}Y_{\ell m}(\theta ,\varphi )}$

где термин измеряет средние температуры и счет термина для флуктуации, где относится к сферической гармонике , а ℓ является мультипольным числом , а т это азимутальный номер.${\displaystyle a_{\ell m}}$${\displaystyle Y(\theta ,\varphi )}$${\displaystyle Y_{\ell m}(\theta ,\varphi )}$

Применяя угловую корреляционную функцию, сумма может быть сведена к выражению , что только включает в себя л и спектра мощности термин  Угловые скобки указывают среднее по отношению ко всем наблюдателям во вселенной; поскольку Вселенная однородна и изотропна, предпочтительное направление наблюдения отсутствует. Таким образом, C не зависит от m . Различные варианты ℓ соответствуют мультипольным моментам реликтового излучения.${\displaystyle C\equiv \langle |a_{\ell m}|^{2}\rangle .}$

На практике сложно учесть влияние шума и источников переднего плана. В частности, на этих передних планах преобладают галактические излучения, такие как тормозное излучение , синхротронное излучение и пыль, которые излучают в микроволновом диапазоне; на практике галактика должна быть удалена, в результате чего карта реликтового излучения не является картой всего неба. Кроме того, точечные источники, такие как галактики и скопления, представляют собой еще один источник переднего плана, который необходимо удалить, чтобы не искажать короткомасштабную структуру спектра мощности реликтового излучения.

Ограничения на многие космологические параметры могут быть получены из их влияния на спектр мощности, и результаты часто вычисляются с использованием методов дискретизации цепи Маркова Монте-Карло .

Анизотропия монополя CMBR ( ℓ = 0) [ править ]

Когда ℓ = 0, член сокращается до 1, и здесь остается только средняя температура реликтового излучения. Это «среднее» называется монополем реликтового излучения, и наблюдается его средняя температура около T _γ = 2,7255 ± 0,0006 K ^[83] с достоверностью одного стандартного отклонения. Точность этой средней температуры может быть снижена из-за различных измерений, выполняемых с помощью различных картографических измерений. Для таких измерений требуются устройства абсолютной температуры, такие как прибор FIRAS на спутнике COBE . Измеренное значение kT _γ эквивалентно 0,234 мэВ или 4,6 · 10 ⁻¹⁰ м _e c ^2.${\displaystyle Y(\theta ,\varphi )}$. Плотность фотонов абсолютно черного тела с такой температурой равна = . Его плотность энергии равна , а отношение к критической плотности Ω _γ = 5,38 × 10 ⁻⁵ . ^[83]${\displaystyle n_{\gamma }}$${\displaystyle (2\zeta (3)/\pi ^{2})T_{\gamma }^{3}\approx 411\,{\text{cm}}^{-3}}$${\displaystyle \rho _{\gamma }=(\pi ^{2}/15)T_{\gamma }^{4}\approx 4.64\times 10^{-34}\,{\text{g}}\,{\text{cm}}^{-3}\approx 0.260\,{\text{eV}}\,{\text{cm}}^{-3}}$

Дипольная анизотропия CMBR ( ℓ = 1) [ править ]

СМВ дипольный представляет собой самую большую анизотропию, который находится в первом сферическом гармонике ( л = 1). Когда ℓ = 1, член сводится к одной функции косинуса и, таким образом, кодирует колебания амплитуды. Амплитуда диполя CMB составляет около 3,3621 ± 0,0010 мК. ^[83] Поскольку предполагается, что Вселенная однородна и изотропна, наблюдатель должен видеть спектр черного тела с температурой T в каждой точке неба. Было подтверждено, что спектр диполя является дифференциалом спектра абсолютно черного тела.${\displaystyle Y(\theta ,\varphi )}$

Диполь CMB зависит от кадра. Дипольный момент реликтового излучения можно также интерпретировать как своеобразное движение Земли к реликтовому излучению. Его амплитуда зависит от времени, обусловленного вращением Земли вокруг барицентра Солнечной системы. Это позволяет нам добавить к дипольному выражению член, зависящий от времени. Модуляция этого срока составляет 1 год ^{[83] [84],} что соответствует наблюдениям, проведенным COBE FIRAS. ^{[84] [85]} Дипольный момент не кодирует никакой первичной информации.

Из данных реликтового излучения видно, что Солнце движется со скоростью 368 ± 2 км / с относительно системы отсчета реликтового излучения (также называемой системой покоя реликтового излучения или системой отсчета, в которой нет движения через CMB). Местная группа - группа галактик, которая включает нашу собственную галактику Млечный Путь - кажется, движется со скоростью 627 ± 22 км / с в направлении галактической долготы ℓ = 276 ° ± 3 °, b = 30 ° ± 3 °. ^{[83] [11]} Это движение приводит к анизотропии данных (CMB кажется немного более теплым в направлении движения, чем в противоположном направлении). ^[83] Стандартная интерпретация этого изменения температуры - это простое красное смещение скорости и синее смещение из-за движения относительно реликтового излучения, но альтернативные космологические модели могут объяснить некоторую часть наблюдаемого распределения дипольной температуры в реликтовом излучении.

Многополюсный ( ℓ ≥ 2) [ править ]

Изменение температуры на картах температуры реликтового излучения на более высоких мультиполях, или ℓ≥ 2, считается результатом возмущений плотности в ранней Вселенной, до эпохи рекомбинации. До рекомбинации Вселенная состояла из горячей плотной плазмы электронов и барионов. В такой горячей плотной среде электроны и протоны не могут образовывать нейтральные атомы. Барионы в такой ранней Вселенной оставались сильно ионизированными и поэтому были тесно связаны с фотонами за счет эффекта рассеяния Томпсона. Эти явления заставили давление и гравитационные эффекты действовать друг против друга и вызвали флуктуации в фотонно-барионной плазме. Вскоре после эпохи рекомбинации быстрое расширение Вселенной привело к охлаждению плазмы, и эти флуктуации «вморожены» в карты реликтового излучения, которые мы наблюдаем сегодня. Указанная процедура произошла при красном смещении около  z 1100 фунтов стерлингов ^[83]

Другие аномалии [ править ]

В связи с тем, что WMAP предоставляет все более точные данные, был сделан ряд заявлений о том, что CMB демонстрирует аномалии, такие как очень крупномасштабные анизотропии, аномальное выравнивание и негауссовские распределения. ^{[86] [87] [88]} Наиболее давний из них является низким ℓ мультиполя полемики. Даже в карте COBE, было отмечено , что квадрупольный ( ℓ = 2, сферическая гармоника) имеет амплитуду низкой по сравнению с предсказаниями Большого взрыва. В частности, квадрупольные и октуполь ( ℓ = 3) режимы , как представляются, необъясненные выравнивания друг с другом и с оба плоскостью эклиптики и равноденствием , ^{[89] [90][91]} Ряд групп предположили, что это могло быть признаком новой физики в самых больших наблюдаемых масштабах; другие группы подозревают систематические ошибки в данных. ^{[92] [93] [94]} В конечном счете, из-за переднего плана ипроблемы космической дисперсии , величайшие моды никогда не будут измеряться так же хорошо, как моды малого углового масштаба. Анализ проводился на двух картах, у которых были удалены передние планы, насколько это возможно: карта «внутренней линейной комбинации» сотрудничества WMAP и аналогичная карта, подготовленная Максом Тегмарком и другими. ^{[46] [52] [95]} Более поздние исследования показали, что эти режимы наиболее восприимчивы к загрязнению переднего плана отсинхротронное , пылевое и тормозное излучение, а также экспериментальная неопределенность монополя и диполя. Полный байесовский анализ спектра мощности WMAP показывает, что квадрупольное предсказание космологии Лямбда-CDM согласуется с данными на уровне 10% и что наблюдаемый октуполь не примечателен. ^[96] Тщательный учет процедуры, используемой для удаления переднего плана из полной карты звездного неба, еще больше снижает значимость выравнивания на ~ 5%. ^{[97] [98] [99] [100]} Недавние наблюдения с телескопом Planck, который намного более чувствителен, чем WMAP, и имеет большее угловое разрешение, регистрирует ту же аномалию, и поэтому инструментальная ошибка (но не загрязнение переднего плана), по-видимому, исключена. ^[101] Совпадение является возможным объяснением, главным ученым из WMAP , Чарльз Л. Беннет предложил совпадение и человеческая психология были вовлечены, «Я думаю , что есть немного психологический эффект, люди хотят , чтобы найти необычные вещи.» ^[102]

Будущая эволюция [ править ]

Если предположить, что Вселенная продолжает расширяться и не постигнет Большого сжатия , Большого разрыва или другой подобной участи, космический микроволновый фон будет продолжать красное смещение до тех пор, пока он не перестанет быть обнаруживаемым, ^[103] и сначала будет заменен тем, который возник. по звездному свету , и , возможно, позже на фон поле излучения процессов , которые могут иметь место в далеком будущем вселенной , такие как протонный распад, испарение черных дыр и распад позитронии. ^[104]

Хронология предсказаний, открытий и интерпретаций [ править ]

Было предложено объединить этот раздел с Хронологией космологических теорий . ( Обсудить ) Предлагается с апреля 2021 года.

Прогнозы тепловой (не микроволнового фона) температуры [ править ]

• - 1896 Гийом оценивает «излучение звезды» , чтобы быть 5-6 K . ^[105]
• 1926 - Сэр Артур Эддингтон оценивает нетепловое излучение звездного света в галактике «... по формуле E = σT ⁴ эффективная температура, соответствующая этой плотности, составляет 3,18 ° абсолютного ... черного тела» ^[106]
• 1930-е годы - космолог Эрих Регенер подсчитал, что нетепловой спектр космических лучей в галактике имеет эффективную температуру 2,8 К.
• 1931 - Термин « микроволновая печь» впервые используется в печати: «Когда стали известны испытания с длинами волн до 18 см, было явное удивление, что проблема микроволн была решена так быстро». Телеграфно-телефонный журнал XVII в. 179/1
• 1934 - Ричард Толмен показывает, что излучение черного тела в расширяющейся Вселенной охлаждается, но остается тепловым.
• 1938 - Лауреат Нобелевской премии (1920) Вальтер Нернст переоценивает температуру космических лучей как 0,75 К.
• 1946 - Роберт Дике предсказывает «... излучение космического вещества» при температуре <20 К, но не относится к фоновому излучению ^[107]
• 1946 - Джордж Гамов вычисляет температуру 50 К (при условии, что возраст Вселенной составляет 3 миллиарда лет) ^[108], комментируя это, «... разумно согласуется с фактической температурой межзвездного пространства», но не упоминает фоновое излучение. ^[109]
• 1953 - Эрвин Финлей-Фрейндлих в поддержку своей теории утомленного света выводит температуру черного тела для межгалактического пространства 2.3K ^[110] с комментарием Макса Борна, предполагающего, что радиоастрономия является арбитром между расширяющейся и бесконечной космологиями.

Прогнозы и измерения микроволнового фонового излучения [ править ]

• 1941 - Эндрю МакКеллар обнаружил космический микроволновый фон как самый холодный компонент межзвездной среды, используя возбуждение линий дублета CN, измеренных У.С. Адамсом в B-звезде, и обнаружил "эффективную температуру космоса" (среднюю болометрическую температуру) 2,3.  K ^{[32] [111]}
• 1946 - Джордж Гамов вычисляет температуру 50 К (при условии, что возраст Вселенной составляет 3 миллиарда лет) ^[108], комментируя это, «... разумно согласуется с фактической температурой межзвездного пространства», но не упоминает фоновое излучение.
• 1948 - Ральф Альфер и Роберт Херман оценивают «температуру во Вселенной» в 5 К. Хотя они не упоминают конкретно микроволновое фоновое излучение, это можно сделать вывод. ^[112]
• 1949 - Ральф Альфер и Роберт Херман переоценивают температуру до 28 К.
• 1953 - Георгий Гамов оценивает 7 К. ^[107]
• 1956 - Георгий Гамов оценивает 6 К. ^[107]
• 1955 - Эмиль Ле Ру из Нансайской радиообсерватории в обзоре неба на λ = 33 см сообщил о почти изотропном фоновом излучении в 3 кельвина плюс-минус 2. ^[107]
• 1957 г. - Тигран Шмаонов сообщает, что «абсолютная эффективная температура радиоэмиссионного фона ... составляет 4 ± 3 К». ^[113] Отмечается, что «измерения показали, что интенсивность излучения не зависела ни от времени, ни от направления наблюдения ... теперь ясно, что Шмаонов действительно наблюдал космический микроволновый фон на длине волны 3,2 см» ^{[114] [115 ]}
• 1960-е годы - Роберт Дике переоценивает температуру микроволнового фонового излучения на уровне 40 К ^{[107] [116]}
• 1964 - А.Г. Дорошкевич и Игорь Дмитриевич Новиков публикуют краткую статью, в которой предлагается микроволновый поиск излучения черного тела, предсказанного Гамовым, Альфером и Германом, где они называют явление реликтового излучения обнаруживаемым. ^[117]
• 1964–65 - Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон измеряют температуру около 3 К. Роберт Дик , Джеймс Пиблз , П. Г. Ролл и Д. Т. Уилкинсон интерпретируют это излучение как признак Большого взрыва.
• 1966 - Райнер К. Сакс и Артур М. Вульф теоретически предсказывают амплитуды флуктуаций микроволнового фона, создаваемые вариациями гравитационного потенциала между наблюдателями и последней рассеивающей поверхностью (см. Эффект Сакса-Вульфа ).
• 1968 - Мартин Рис и Деннис Скиама теоретически предсказывают амплитуды флуктуаций микроволнового фона, создаваемые фотонами, проходящими через зависящие от времени потенциальные ямы.
• 1969 - Р.А. Сюняев и Яков Зельдович изучают обратное комптоновское рассеяние микроволновых фоновых фотонов на горячих электронах (см. Эффект Сюняева – Зельдовича ).
• 1983 - Исследователи из Кембриджского радиоастрономическом Group и Owens Valley Radio Observatory первого обнаружения эффекта Сюняева-Зельдовича от скоплений галактик
• 1983 г. - начат советский эксперимент по анизотропии реликтового излучения РЕЛИКТ-1 .
• 1990 - FIRAS на спутнике Cosmic Background Explorer (COBE) измеряет форму черного тела в спектре CMB с исключительной точностью и показывает, что микроволновый фон имеет почти идеальный спектр черного тела и тем самым сильно ограничивает плотность межгалактической среды .
• Январь 1992 г. - Ученые, проанализировавшие данные РЕЛИКТ-1, сообщают об открытии анизотропии в космическом микроволновом фоне на Московском астрофизическом семинаре. ^[118]
• 1992 - Ученые, проанализировавшие данные COBE DMR, сообщают об открытии анизотропии в космическом микроволновом фоне. ^[119]
• 1995 - Телескоп космической анизотропии выполняет первые наблюдения космического микроволнового фона с высоким разрешением.
• 1999 - Первые измерения акустических колебаний в угловом спектре мощности анизотропии реликтового излучения в экспериментах TOCO, BOOMERANG и Maxima. Эксперимент бумеранга делает более высокие качественные карты на промежуточном разрешении, и подтверждает , что вселенная «плоская».
• 2002 - Поляризация обнаружена DASI . ^[120]
• 2003 - Спектр поляризации E-моды, полученный CBI. ^[121] CBI и Очень маленький массив производит еще более высокие качественные карты с высоким разрешением (охватывающие небольшие участки неба).
• 2003 - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe космический аппарат производит еще более высокое качество карты при низкой и средней разрешения всего неба (WMAP не дает ни одного данных с высоким разрешением, но и повышает на промежуточной резолюции отображающая BOOMERanG ).
• 2004 - Спектр поляризации E-моды, полученный CBI . ^[122]
• 2004 - Приемник болометра Arcminute Cosmology создает карту более высокого качества структуры с высоким разрешением, не отображаемую WMAP.
• 2005 - Arcminute Microkelvin Imager и матрица Сюняева – Зельдовича начинают первые обзоры скоплений галактик с очень большим красным смещением с использованием эффекта Сюняева – Зельдовича .
• 2005 - Ральф А. Альфер награжден Национальной медалью науки за новаторскую работу в области нуклеосинтеза и предсказание того, что расширение Вселенной оставляет позади фоновое излучение, тем самым обеспечивая модель теории Большого взрыва.
• 2006 г. - опубликованы долгожданные трехлетние результаты WMAP , подтверждающие предыдущий анализ, исправляющие несколько точек и включающие данные поляризации .
• 2006 - Два главных исследователя COBE, Джордж Смут и Джон Мэзер , получили Нобелевскую премию по физике в 2006 году за их работу по прецизионному измерению реликтового излучения.
• 2006–2011 - Улучшенные измерения от WMAP , новые обзоры сверхновых ESSENCE и SNLS, а также барионные акустические колебания от SDSS и WiggleZ , по-прежнему соответствуют стандартной модели Lambda-CDM .
• 2010 г. - выпущена первая карта всего неба телескопа Planck .
• 2013 - Выпущена улучшенная карта всего неба телескопа Planck , улучшающая измерения WMAP и расширяющая их до гораздо меньших масштабов.
• 2014 - 17 марта 2014 года астрофизики из коллаборации BICEP2 объявили об обнаружении инфляционных гравитационных волн в спектре мощности B-моды , что в случае подтверждения предоставит четкие экспериментальные доказательства теории инфляции . ^{[65] [66] [67] [68] [70] [123]} Однако 19 июня 2014 года было сообщено о снижении уверенности в подтверждении результатов космической инфляции . ^{[70] [73] [74]}
• 2015 - 30 января 2015 года та же группа астрономов из BICEP2 отозвала претензию, сделанную в предыдущем году. Основываясь на объединенных данных BICEP2 и Planck, Европейское космическое агентство заявило, что сигнал может быть полностью отнесен к пыли в Млечном Пути. ^[124]
• 2018 - Выпущены окончательные данные и карты телескопа Planck с улучшенными измерениями поляризации в больших масштабах. ^[125]
• 2019 год - продолжает публиковаться анализ телескопом Planck их окончательных данных за 2018 год. ^[126]

В популярной культуре [ править ]

• В сериале « Вселенная Звездных врат » (2009-2011) древний космический корабль « Судьба» был построен для изучения закономерностей в реликтовом излучении, которые указывают на то, что вселенная, как мы ее знаем, могла быть создана какой-то формой разумного разума.
• В романе Уилерса (2000) Яна Стюарта и Джека Коэна CMBR объясняется как зашифрованные передачи древней цивилизации. Это позволяет юпитерианским "дирижаблям" иметь общество старше, чем наблюдаемый в настоящее время возраст Вселенной.
• В романе Лю Цысиня « Проблема трех тел» в 2008 году зонд инопланетной цивилизации ставит под угрозу инструменты, контролирующие реликтовое излучение, чтобы заставить персонажа поверить в то, что цивилизация способна манипулировать самим реликтовым излучением.
• В выпуске швейцарской банкноты в 20 франков за 2017 год перечислено несколько астрономических объектов с указанием их расстояний - реликтовое излучение упоминается как 430 · 10 ¹⁵ световых секунд .
• В сериале Marvel 2021 года WandaVision загадочная телевизионная трансляция обнаруживается на космическом микроволновом фоне.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Бальби, Амедео (2008). Музыка большого взрыва: космический микроволновый фон и новая космология . Берлин: Springer. ISBN 978-3540787266.
• Эванс, Родри (2015). Космический микроволновый фон: как он изменил наше понимание Вселенной . Springer. ISBN 9783319099279.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с космическими микроволновыми фоновыми картами .

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Космический микроволновый фон

• Дружественное студентам введение в CMB Педагогическое, пошаговое введение в анализ спектра мощности космического микроволнового фона, подходящее для тех, кто изучает физику на бакалавриате. Более подробный, чем на обычных интернет-сайтах. Менее плотный, чем тексты по космологии.
• Тема CMBR на arxiv.org
• Аудио: Фрейзер Кейн и доктор Памела Гей - Астрономический состав. Большой взрыв и космический микроволновый фон - октябрь 2006 г.
• Визуализация данных CMB миссии Planck
• Copeland, Ed. "CMBR: космическое микроволновое фоновое излучение" . Шестьдесят символов . Brady Харан для Ноттингемского университета .