APAKAH LATAR BELAKANG GELOMBANG MIKRO KOSMIK?

Send

Selama beribu-ribu tahun, manusia telah merenungkan Alam Semesta dan berusaha untuk menentukan sejauh mana sebenarnya. Menjelang abad ke-20, para saintis mula memahami betapa luasnya alam semesta (dan bahkan mungkin tidak berkesudahan).

Dan dalam perjalanan melihat lebih jauh ke angkasa, dan dalam masa yang lebih lama, ahli kosmologi telah menemui beberapa perkara yang sangat mengagumkan. Sebagai contoh, pada tahun 1960-an, para astronom menyedari radiasi latar gelombang mikro yang dapat dikesan ke semua arah. Dikenal sebagai Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB), kewujudan sinaran ini telah membantu memaklumkan pemahaman kita tentang bagaimana Alam Semesta bermula.

Penerangan:

CMB pada dasarnya adalah radiasi elektromagnetik yang tersisa dari zaman kosmologi terawal yang meresap ke seluruh Alam Semesta. Ia dipercayai terbentuk kira-kira 380,000 tahun selepas Big Bang dan mengandungi petunjuk halus bagaimana bintang dan galaksi pertama terbentuk. Walaupun sinaran ini tidak dapat dilihat dengan menggunakan teleskop optik, teleskop radio dapat mengesan isyarat samar (atau cahaya) yang paling kuat di kawasan gelombang mikro spektrum radio.

CMB dapat dilihat pada jarak 13.8 bilion tahun cahaya ke semua arah dari Bumi, para saintis terkemuka menentukan bahawa ini adalah usia sebenar Alam Semesta. Walau bagaimanapun, ini bukanlah petunjuk sejauh mana sebenarnya alam semesta. Memandangkan ruang telah berada dalam keadaan pengembangan sejak awal Alam Semesta (dan berkembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya), CMB hanyalah masa paling jauh yang dapat kita lihat.

Hubungan dengan Big Bang:

CMB adalah pusat teori Big Bang dan model kosmologi moden (seperti model Lambda-CDM). Seperti teori yang berlaku, ketika Alam Semesta dilahirkan 13.8 bilion tahun yang lalu, semua benda terkondensasi ke satu titik ketumpatan dan panas yang melampau. Oleh kerana kepanasan dan ketumpatan jirim yang melampau, keadaan Alam Semesta sangat tidak stabil. Tiba-tiba, titik ini mula berkembang, dan Alam Semesta seperti yang kita ketahui bermula.

Pada masa ini, ruang dipenuhi dengan cahaya sekata zarah plasma putih-panas - yang terdiri daripada proton, neutron, elektron dan foton (cahaya). Antara 380,000 hingga 150 juta tahun selepas Big Bang, foton sentiasa berinteraksi dengan elektron bebas dan tidak dapat menempuh jarak jauh. Oleh itu mengapa zaman ini disebut sebagai "Zaman Gelap"

Semasa Alam Semesta terus berkembang, ia menyejuk ke titik di mana elektron dapat bergabung dengan proton untuk membentuk atom hidrogen (aka. Masa Pengumpulan). Dengan tidak adanya elektron bebas, foton dapat bergerak tanpa halangan melalui Alam Semesta dan ia mula muncul seperti yang berlaku hari ini (iaitu telus dan meresap oleh cahaya). Selama berbilion tahun yang berlalu, Alam Semesta terus berkembang dan menyejuk.

Oleh kerana pengembangan ruang, panjang gelombang foton bertambah (menjadi ‘redshift’) menjadi kira-kira 1 milimeter dan suhu efektifnya menurun hingga tepat di atas sifar mutlak - 2.7 Kelvin (-270 ° C; -454 ° F). Foton-foton ini mengisi Space Magazine dan muncul sebagai cahaya latar yang dapat dikesan pada jarak gelombang inframerah jauh dan radio.

Sejarah Pengajian:

Keberadaan CMB pertama kali berteori oleh ahli fizik Ukraine-Amerika George Gamow, bersama dengan pelajarnya, Ralph Alpher dan Robert Herman, pada tahun 1948. Teori ini berdasarkan kajian mereka mengenai kesan nukleosintesis unsur cahaya (hidrogen, helium dan litium) semasa Alam Semesta yang sangat awal. Pada asasnya, mereka menyedari bahawa untuk mensintesis inti unsur-unsur ini, Alam Semesta awal harus sangat panas.

Mereka lebih jauh berteori bahawa sisa radiasi dari masa yang sangat panas ini akan meresap Alam Semesta dan dapat dikesan. Oleh kerana pengembangan Alam Semesta, mereka menganggarkan bahawa sinaran latar ini akan mempunyai suhu rendah 5 K (-268 ° C; -450 ° F) - hanya lima darjah di atas sifar mutlak - yang sepadan dengan panjang gelombang gelombang mikro. Tidak sampai 1964 bukti pertama untuk CMB dikesan.

Ini adalah hasil daripada ahli astronomi Amerika Arno Penzias dan Robert Wilson menggunakan radiometer Dicke, yang ingin mereka gunakan untuk percubaan astronomi radio dan komunikasi satelit. Namun, ketika melakukan pengukuran pertama, mereka melihat lebihan suhu antena 4.2K yang tidak dapat mereka pertimbangkan dan hanya dapat dijelaskan dengan adanya radiasi latar belakang. Untuk penemuan mereka, Penzias dan Wilson dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1978.

Pada mulanya, pengesanan CMB adalah sumber perbalahan antara penyokong teori kosmologi yang berbeza. Walaupun para pendukung Teori Big Bang menyatakan bahawa ini adalah "sinaran peninggalan" yang tersisa dari Big Bang, penyokong Teori Steady State berpendapat bahawa itu adalah hasil dari cahaya bintang yang tersebar dari galaksi yang jauh. Namun, pada tahun 1970-an, telah muncul konsensus ilmiah yang memihak kepada penafsiran Big Bang.

Selama tahun 1980-an, instrumen darat meletakkan had yang semakin ketat pada perbezaan suhu CMB. Ini termasuk misi Soviet RELIKT-1 di atas satelit Prognoz 9 (yang dilancarkan pada bulan Julai 1983) dan misi NASA Cosmic Background Explorer (COBE) (penemuan yang diterbitkan pada tahun 1992). Untuk kerja mereka, pasukan COBE menerima Hadiah Nobel dalam bidang fizik pada tahun 2006.

COBE juga mengesan puncak akustik pertama CMB, ayunan akustik dalam plasma yang sesuai dengan variasi kepadatan skala besar di alam semesta awal yang diciptakan oleh ketidakstabilan graviti. Banyak eksperimen diikuti dalam dekad berikutnya, yang terdiri daripada eksperimen berasaskan tanah dan balon yang bertujuan untuk memberikan pengukuran yang lebih tepat dari puncak akustik pertama.

Puncak akustik kedua secara tentatif dikesan oleh beberapa eksperimen, tetapi tidak dapat dikesan secara pasti sehinggalah Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dikerahkan pada tahun 2001. Antara tahun 2001 dan 2010, ketika misi diselesaikan, WMAP juga mengesan puncak ketiga. Sejak tahun 2010, beberapa misi telah memantau CMB untuk memberikan pengukuran peningkatan polarisasi dan variasi skala kecil dalam kepadatan.

Ini termasuk teleskop darat seperti QUEST at DASI (QUaD) dan Teleskop Kutub Selatan di Stesen Kutub Amudsen-Scott Selatan, dan Teleskop Kosmologi Atacama dan teleskop U / Percobaan Pengimejan Q / U (QUIET) di Chile. Sementara itu, Badan Angkasa Eropah Planck kapal angkasa terus mengukur CMB dari angkasa.

Masa depan CMB:

Menurut pelbagai teori kosmologi, Alam Semesta mungkin pada suatu ketika berhenti berkembang dan mulai berbalik, memuncak pada keruntuhan diikuti oleh Big Bang - aka. teori Big Crunch. Dalam senario lain, yang dikenali sebagai Big Rip, pengembangan Alam Semesta akhirnya akan menyebabkan semua jirim dan ruang-ruang itu sendiri hancur.

Sekiranya kedua-dua senario ini tidak betul, dan Alam Semesta terus berkembang dengan kadar yang semakin cepat, CMB akan terus beralih ke titik di mana ia tidak lagi dapat dikesan. Pada titik ini, ia akan ditimpa cahaya bintang pertama yang diciptakan di Alam Semesta, dan kemudian oleh medan radiasi latar belakang yang dihasilkan oleh proses yang diandaikan akan berlaku di masa depan Alam Semesta.

Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik di sini di Space Magazine. Inilah Sinaran Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik?, Teori Big Bang: Evolusi Alam Semesta kita, Apa Itu Inflasi Kosmik? Pencarian untuk Memahami Alam Semesta Terawal, Penemuan Landmark: Hasil Baru Memberi Bukti Langsung untuk Inflasi Kosmik, dan Seberapa Cepat Alam Semesta Meluaskan? Hubble dan Gaia Berpasukan Menjalankan Pengukuran Paling Tepat Sehingga Kini.

Untuk maklumat lebih lanjut, lihat halaman misi WMAP NASA dan halaman misi Planck ESA.

Astronomi Cast juga mempunyai maklumat mengenai perkara ini. Dengarkan di sini: Episod 5 - Latar Besar Gelombang Besar dan Gelombang Mikro Kosmik

Sumber: