Реліктове випромінювання
| Реліктове випромінювання | |
 | |
| Назва | англ. cosmic microwave background |
|---|---|
| Першовідкривач або винахідник | Арно Аллан Пензіас і Роберт Вудро Вільсон |
| Дата відкриття (винаходу) | 20 травня 1964 |
| Місце відкриття | Crawford Hilld |
| Червоне зміщення | 1090,51 ± 0,95[1] |
| Температура | 2,72548 ± 0,00057 K |
| Теоретично обґрунтував | Георгій Гамов |
 Реліктове випромінювання у Вікісховищі | |
Реліктове випромінювання (від лат. relictum — залишок; також космічне мікрохвильове випромінювання від англ. cosmic microwave background radiation) — космічне електромагнітне випромінювання з високим ступенем ізотропності та спектром, характерним для абсолютно чорного тіла з температурою 2,725 Кельвіна.
Існування реліктового випромінювання теоретично передбачив Георгій Гамов у межах теорії Великого вибуху. Хоча сьогодні багато аспектів первинної теорії Великого вибуху переглянуто, однак аспекти, які стосуються реліктового випромінювання, залишилися без змін. Вважається, що реліктове випромінювання збереглося з початкових часів існування Всесвіту й рівномірно його заповнює. Експериментально його існування було підтверджено 1965 року. Поряд із космологічним червоним зсувом, реліктове випромінювання розглядається як один з головних доказів теорії Великого вибуху.
Термін реліктове випромінювання (рос. реликтовое излучение) запровадив радянський вчений-астрофізик Йосип Самуїлович Шкловський[2].
Згідно з теорією Великого вибуху, початковий Всесвіт являв собою гарячу плазму, яка складалась з фотонів, електронів та баріонів. Завдяки комптонівському і томсонівському розсіюванню, фотони постійно взаємодіяли з іншими частинками плазми, зокрема шляхом пружних зіткнень та обміну енергією з ними. Таким чином, випромінювання перебувало у стані теплової рівноваги з речовиною, а його спектр відповідав спектру абсолютно чорного тіла.
Із розширенням Всесвіту космологічне червоне зміщення викликало охолодження плазми і на певному етапі для електронів стало енергетично вигідніше, з'єднавшись з протонами — ядрами водню та альфа-частинками — ядрами гелію, сформувати атоми. Цей процес називається рекомбінацією. Він відбувся за температури плазми 3000 К (через 400 000 років з початку охолодження плазми). З того часу фотони почали вільно пересуватися в просторі, майже не взаємодіючи з нейтральними атомами. Горизонт видимості, або сфера спостереження, яка відповідає цьому моменту, називається поверхнею останнього розсіювання. Це — найвіддаленіший об'єкт, який можна спостерігати в електромагнітному спектрі. У результаті подальшого охолодження за рахунок розширення Всесвіту, температура реліктового випромінювання знизилась і зараз становить близько 2,725 К.
У кожному кубічному сантиметрі простору міститься близько 500 реліктових фотонів. Максимальна інтенсивність випромінювання припадає на довжину хвилі 0,11 см[3].
- 1948 — реліктове випромінювання було передбачене Георгієм Гамовим, Ральфом Альфером та Робертом Германом на основі створеної ними першої теорії гарячого Всесвіту. Більше того, Альфер та Герман змогли встановити, що температура реліктового випромінювання має складати величину 5 К, а Гамов дав передбачення в 3 К[4]. Хоча деякі оцінки температури простору існували і до того, проте вони мали суттєві недоліки. По-перше, це були вимірювання лише ефективної температури простору, припущення про те, що спектр випромінювання підпорядковується закону Планка не висувалося. По-друге, вони залежали від розташування Землі та Сонячної системи на краю Чумацького Шляху, і не висувалося припущення, що випромінювання однорідне та ізотропне. Вони б дали зовсім інші результати, якби Земля була розташована в іншому місці Всесвіту.
Результати Гамова не мали широкого обговорення в науковій періодиці. І тому їх було знову перевідкрито на початку 60-х років Робертом Діккі і Яковом Зельдовичем. 1964 року це підштовхнуло Девіда Тода Вілкінсона та Пітера Ролла, колег Діккі з Принстонського університету, до створення радіометра для виявлення реліктового випромінювання.
- 1965 року Арно Пензіас та Роберт Вудро Вільсон із Bell Telephone Laboratories в Голмделі (штат Нью-Джерсі) побудували радіометр, який вони хотіли застосувати для експериментів у галузі радіоастрономії та супутникових комунікацій. Під час калібрування приладу виявилося, що антена має надлишкову температуру 3,5 К (що відігравала роль «теплового шуму»), яку вони не могли пояснити. Отримавши дзвінок із Голмдела, Діккі влучно відзначив: «Ми зірвали куш, хлопці!». Зустріч між групами з Принстона та Голмдела визначила, що надлишкова температура антени була зумовлена в першу чергу реліктовим випромінюванням. 1978 року Пензіас та Вільсон отримали Нобелівську премію з фізики за це відкриття.
- 1983 року було здійснено перший експеримент РЕЛІКТ-1[en] з вимірювання анізотропії реліктового випромінювання (з одного боку вона обумовлена рухом Сонця відносно нього, а з іншого — фундаментальною неоднорідністю Всесвіту в далекому минулому) з космічного апарату[5].
- 1989 — спектрофотометр дальнього інфрачервоного випромінювання (FIRAS), встановлений на супутнику НАСА Cosmic Background Explorer (COBE), виконав вимірювання спектру реліктового випромінювання. Ці величини стали найточнішими даними вимірювань спектру реліктового випромінювання, які підтвердили що воно має спектр абсолютно чорного тіла.
- 2001 — запущено космічний апарат WMAP, що вперше побудував детальну карту температурної анізотропії реліктового випромінювання.
- 2009 — запущено космічний апарат «Планк» що побудував ще точніші карти та виміряв поляризацію випромінювання. Фінальний датареліз колаборації вийшов в 2018 році.
Реліктове випромінювання ізотропне лише в одній системі координат. Якщо спостерігач рухається щодо цієї системи координат, внаслідок ефекта Доплера спостерігається анізотропія. За результатами спостережень з'ясовано, що наша Галактика рухається щодо зазначеної системи координат зі швидкістю близько 600 км/с у напрямку сузір'я Лева[3].
- ↑ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0067-0049/180/2/225/pdf
- ↑ Шкловский И. С. (1987). Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука. Архів оригіналу за 18 квітня 2008. Процитовано 12 травня 2008.
- ↑ а б Реліктове випромінювання // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 399. — ISBN 966-613-263-X.
- ↑ Physics Today, 1950, No. 8, стр. 76
- ↑ Юрий Зайцев (16 листопада 2006). Упущенные возможности (рос.). МИА «Россия сегодня». Архів оригіналу за 7 грудня 2014. Процитовано 14 липня 2021.
- Р. А. Сюняев. Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) [Архівовано 5 червня 2008 у Wayback Machine.]
- Астронет. Документы с ключевым словом: Реликтовое излучение. [Архівовано 28 лютого 2017 у Wayback Machine.]
- Реликтовое излучение. Энциклопедия «Кругосвет». [Архівовано 9 квітня 2008 у Wayback Machine.]
- The Physics of Microwave Background Anisotropies. [Архівовано 13 травня 2008 у Wayback Machine.]
- LAMBDA — Legacy Archive for Microwave Background Data Analysis. [Архівовано 9 травня 2008 у Wayback Machine.] NASA
- First Year WMAP Technical Papers.
- arXiv:1606.03375 - Martin Bucher - Status of CMB observations in 2015 [Архівовано 28 грудня 2016 у Wayback Machine.]
- arXiv:astro-ph/0109522 - Ruth Durrer - The theory of CMB anisotropies [Архівовано 28 грудня 2016 у Wayback Machine.]