Оглавление
- 1 Космический микроволновый фон
- 1.1 Открытие космического микроволнового фонового излучения
- 1.2 История теории Большого взрыва
- 1.3 Особенности реликтового излучения
- 1.4 История открытия
- 1.5 Космическое происхождение
- 1.6 Прогресс в теории
- 1.7 Ранние теории и эксперименты
- 1.8 Наземные эксперименты и COBE
- 1.9 Точная космология и последующие эксперименты
- 1.10 Миссия WMAP и Planck
- 1.11 Теоретические модели и предсказания
- 1.12 Время последнего рассеяния
- 1.13 Расширение Вселенной и реликтовое излучение
- 1.14 Анизотропия реликтового излучения
- 1.15 Первичные возмущения плотности
- 1.16 Бесстолкновительное затухание
- 1.17 Анизотропия позднего времени
- 1.18 Альтернативные теории
- 1.19 Поляризация реликтового излучения
- 1.20 Электронные моды и их обнаружение
- 1.21 B-режимы и их происхождение
- 1.22 Первичные гравитационные волны и их влияние
- 1.23 Гравитационное линзирование и его влияние
- 1.24 Многополюсный анализ реликтового излучения
- 1.25 Проблемы анализа данных
- 1.26 Аномалии в реликтовом излучении
- 1.27 Будущая эволюция реликтового излучения
- 1.28 История открытия космического микроволнового фона
- 1.29 Первые измерения и наблюдения
- 1.30 Развитие теории и экспериментов
- 1.31 Современные исследования и открытия
- 1.32 Массовая культура и влияние
- 1.33 Памела Гей и астрономия
- 1.34 Визуализация данных CMB
- 1.35 Физика и астрономия
- 1.36 Солнечная система
- 1.37 Полный текст статьи:
- 2 Космический микроволновый фон
Космический микроволновый фон
-
Открытие космического микроволнового фонового излучения
- В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон случайно обнаружили реликтовое излучение.
- Это открытие стало кульминацией работ, начатых в 1940-х годах.
- Реликтовое излучение является важным доказательством теории Большого взрыва.
-
История теории Большого взрыва
- В 1931 году Жорж Леметр предположил, что остатки ранней Вселенной могут наблюдаться в виде излучения.
- В 1948 году Ральф Альфер и Роберт Херман предсказали существование космического микроволнового фона.
- В 1964 году советские астрофизики А. G. Дорошкевич и Игорь Новиков впервые признали реликтовое излучение как обнаруживаемое явление.
-
Особенности реликтового излучения
- Реликтовое излучение имеет температуру 2,72548±0,00057 К.
- Излучение однородно по всему небу, с анизотропией менее 100 МКК.
- Излучение изотропно примерно на одну часть из 25 000.
- Реликтовое излучение содержит подавляющее большинство фотонов во Вселенной.
-
История открытия
- В 1964 году Дэвид Тодд Уилкинсон и Питер Ролл начали конструировать радиометр Дикке для измерения реликтового излучения.
- В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Вудро Уилсон провели первое измерение, показавшее наличие микроволнового фона.
- Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году за свое открытие.
-
Космическое происхождение
- В конце 1960-х годов интерпретация реликтового излучения была спорной.
- В 1968 году было показано, что излучение соответствует тепловому источнику.
- В 1970 году было показано, что излучение изотропно, что подтвердило его космическое происхождение.
-
Прогресс в теории
- В 1970-х годах исследования показали, что незначительные отклонения от изотропии могут быть результатом событий в ранней Вселенной.
-
Ранние теории и эксперименты
- Харрисон, Пиблз, Ю и Зельдович поняли, что ранней Вселенной требовались квантовые неоднородности.
- Рашид Сюняев рассчитал наблюдаемый отпечаток этих неоднородностей.
-
Наземные эксперименты и COBE
- В 1980-х годах были установлены строгие ограничения на анизотропию космического микроволнового фона.
- COBE обнаружил крупномасштабные анизотропии и подтвердил первичную анизотропию.
-
Точная космология и последующие эксперименты
- Вдохновленные COBE, были проведены наземные эксперименты для измерения анизотропии в меньших угловых масштабах.
- Измерения показали, что геометрия Вселенной плоская, а не изогнутая.
-
Миссия WMAP и Planck
- WMAP использовала симметричные радиометры для точных измерений анизотропий.
- Planck использовала радиометры HEMT и болометрическую технологию для детальных исследований.
-
Теоретические модели и предсказания
- Космическое микроволновое фоновое излучение и космологическая зависимость красного смещения считаются доказательствами Большого взрыва.
- Инфляционная космология предсказывает экспоненциальный рост Вселенной и сглаживание неровностей.
- Реликтовое излучение дает представление о горячей ранней Вселенной.
-
Время последнего рассеяния
- Вселенная стала прозрачной для излучения через 380 000 лет после Большого взрыва.
- Температура Вселенной составляла около 3000 К, что соответствует энергии 0,26 эВ.
- Это событие известно как время последнего рассеяния или период рекомбинации.
-
Расширение Вселенной и реликтовое излучение
- С момента разделения цветовая температура фонового излучения снизилась в 1089 раз.
- Реликтовые фотоны смещаются в красное, что приводит к уменьшению их энергии.
- Цветовая температура реликтового излучения обратно пропорциональна параметру расширения Вселенной.
-
Анизотропия реликтового излучения
- Анизотропия делится на первичную и вторичную.
- Первичная анизотропия обусловлена акустическими колебаниями и диффузионным демпфированием.
- Вторичная анизотропия вызвана взаимодействием с промежуточным горячим газом и гравитационными потенциалами.
-
Первичные возмущения плотности
- Первичные возмущения плотности могут быть адиабатическими или изокруглыми.
- Адиабатические возмущения приводят к пикам в соотношении 1 : 2 : 3 : …, изокруглые — в соотношении 1 : 3 : 5 : …
- Наблюдения согласуются с адиабатическими возмущениями, что поддерживает инфляцию.
-
Бесстолкновительное затухание
- Бесстолкновительное затухание вызвано увеличением длины свободного пробега фотонов и конечной глубиной последней поверхности рассеяния.
- Эти эффекты приводят к экспоненциальному затуханию анизотропий в малых масштабах.
-
Анизотропия позднего времени
- Реликтовое излучение было изменено последующими физическими процессами, такими как реионизация.
- Реионизация привела к ионизации межгалактической среды, что повлияло на анизотропию.
- WMAP обнаружил, что Вселенная была ионизирована при красном смещении около 10.
-
Альтернативные теории
- Стандартная космология требует точной настройки параметров, что вызывает проблемы.
- Альтернативные модели имеют свои проблемы и дают объяснения постфактум.
-
Поляризация реликтового излучения
- Космический микроволновый фон поляризован на уровне нескольких микрокельвинов.
- Существуют E-режим (градиентный) и B-режим (режим скручивания).
-
Электронные моды и их обнаружение
- Электронные моды возникают в результате рассеяния Томсона в гетерогенной плазме.
- Впервые обнаружены в 2002 году с помощью интерферометра DASI.
-
B-режимы и их происхождение
- B-режимы слабее E-режимов и генерируются гравитационными волнами.
- Гравитационное линзирование E-мод может приводить к поляризации B-мод.
- Для обнаружения исходного сигнала B-мод требуется анализ искажений.
-
Первичные гравитационные волны и их влияние
- Модели “замедленной” космической инфляции предсказывают первичные гравитационные волны.
- Обнаружение этих волн подтвердило бы теорию инфляции.
- Утверждения о поляризации B-моды прибором BICEP2 позже были приписаны космической пыли.
-
Гравитационное линзирование и его влияние
- Второй тип B-мод обнаружен в 2013 году с помощью телескопа POLARBEAR.
- POLARBEAR фокусируется на меньшем участке неба и менее восприимчив к пыли.
- Измеренная поляризация B-моды имеет космологическое происхождение с вероятностью 97,2%.
-
Многополюсный анализ реликтового излучения
- Угловая анизотропия реликтового излучения представлена в виде мощности на мультиполь.
- Монопольный член (θ = 0) представляет постоянную изотропную среднюю температуру.
- Дипольная анизотропия (θ = 1) интерпретируется как движение Земли относительно реликтового излучения.
- Многополюсный анализ (ℓ ≥ 2) связан с возмущениями плотности в ранней Вселенной.
-
Проблемы анализа данных
- Необработанные данные CMBR содержат эффекты переднего плана, скрывающие мелкомасштабную структуру.
- Дипольная анизотропия и другие факторы должны быть вычтены для выявления мелкомасштабной структуры.
- Детальный анализ данных сложен из-за влияния шума и источников на переднем плане.
-
Аномалии в реликтовом излучении
- WMAP и Planck зафиксировали аномалии, такие как крупномасштабные анизотропии и негауссовы распределения.
- Квадрупольный и октупольный режимы имеют необъяснимое соответствие.
- Анализ показал, что эти режимы чувствительны к загрязнению переднего плана.
-
Будущая эволюция реликтового излучения
- Реликтовое излучение будет продолжать красное смещение и будет заменено излучением звездного света и фоновым излучением.
-
История открытия космического микроволнового фона
- В 1930-х годах Эрих Регенер подсчитал, что нетепловой спектр космических лучей имеет эффективную температуру 2,8 К.
- В 1946 году Роберт Дикке предсказал излучение космической материи при температуре < 20 К.
- В 1953 году Эрвин Финли-Фрейндлих вычислил температуру абсолютно черного тела в межгалактическом пространстве.
-
Первые измерения и наблюдения
- В 1941 году Эндрю Маккеллар обнаружил вращательную температуру межзвездной среды в 2,3 К.
- В 1955 году Эмиль Ле Ру сообщил о почти изотропном фоновом излучении в 3 Кельвина.
- В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон измерили температуру, которая составила приблизительно 3 К.
-
Развитие теории и экспериментов
- В 1966 году Райнер К. Сакс и Артур М. Вулф теоретически предсказали амплитуды фоновых флуктуаций микроволнового излучения.
- В 1983 году Исследователи из Кембриджской радиоастрономической группы и радиообсерватории Оуэнс–Вэлли впервые обнаружили эффект Сюняева-Зельдовича в скоплениях галактик.
- В 1990 году FIRAS на спутнике Cosmic Background Explorer (COBE) измерил форму черного тела в спектре реликтового излучения.
-
Современные исследования и открытия
- В 2002 году ДАСИ открыл поляризацию.
- В 2003 году CBI и Very Small Array получили карты высокого разрешения.
- В 2006 году WMAP опубликовал результаты, подтверждающие предыдущий анализ.
- В 2010 году выпущена первая карта всего неба, полученная с помощью телескопа “Планк”.
-
Массовая культура и влияние
- В телесериале “Вселенная Звездных врат” космический корабль “Дестини” изучает закономерности в рентгеновском излучении.
- В романе “Уилеры” CMBR описывается как зашифрованные передачи древней цивилизации.
- В романе “Проблема трех тел” зонд инопланетной цивилизации выводит из строя приборы, контролирующие CMBR.
- В сериале Marvel “WandaVision” обнаружена таинственная телевизионная трансляция на фоне космического микроволнового излучения.
-
Памела Гей и астрономия
- Памела Гей известна своими ролями в фильмах и сериалах
- В октябре 2006 года она сыграла в фильме “Большой взрыв и космический микроволновый фон”
-
Визуализация данных CMB
- Визуализация данных CMB была получена в ходе миссии Planck
- Эти данные важны для понимания структуры и эволюции Вселенной
-
Физика и астрономия
- Фильм затрагивает темы физики и астрономии
- Включает в себя изучение звезд, космических полетов и космического пространства
-
Солнечная система
- Фильм также затрагивает тему солнечной системы