Реликтовое излучение (лат. relictum - остаток; также космичне микроволновое излучение от англ. Cosmic microwave background radiation) - космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и спектром, характерным для абсолютно черного тела с температурой 2,725 кельвина.

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя сегодня многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения остались без изменений. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно ее заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическое красное смещение, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Срок реликтовое излучение предложил советский ученый-астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский.

Природа излучения

Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представлял собой горячую плазму, состоящую из фотонов, электронов и барионов. Благодаря Комптоновская и Томсоновское рассеяние, фотоны постоянно взаимодействовали с другими частицами плазмы, в том числе за счет упругих столкновений и обмена энергией с ними. Таким образом, излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютно черного тела.

По мере расширения Вселенной, космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы и на определенном этапе, для электронов стало энергетически выгоднее, соединившись протонами - ядрами водорода и альфа-частицами - ядрами гелия, сформировать атомы. Этот процесс называется рекомбинацией, и он состоялся при температуре плазмы 3000 К (примерный возраст Вселенной - 400 000 лет).С этого времени фотоны освободились от теперь уже нейтральных атомов и смогли свободно передвигаться в пространстве, почти не взаимодействуя с веществом. Горизонт видимости, или сфера наблюдения, соответствующей данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния. Это   - Самый отдаленный объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.В результате дальнейшего охлаждения за счет красного смещения, температура реликтового излучения снизилась и составляет 2,725 К.

История исследования

Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом 1948 года на основе созданной ими первой теории горячего. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они имели существенные недостатки.Во-первых, это были измерения лишь эффективной температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка.Во-вторых, они зависели от расположения Земли и солнечной системы на краю Млечного Пути и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-нибудь в другом месте Вселенной.

Результаты Гамова широко не обсуждались в научной периодике. И поэтому они были вновь в начале 60-х годов Робертом Дикке и Яковом Зельдовичем. 1964 это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке из Принстонского университета, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

1965 Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили радиометр Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. Во время калибровки прибора выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5   К (которая выполняла роль теплового "шума"), которую они не могли объяснить.Получив звонок из Холдмдейла, Дикке остроумно заметил: "Мы сорвали куш, парни". Встреча между группами из Принстона и Холмдейла определила, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. 1978 Пензиас и Вильсон получили Нобелевскую премию за это открытие.

1983 году был проведен первый эксперимент по измерению анизотропии реликтового излучения (с одной стороны обусловлена движением Солнца относительно него, а с другой - фундаментальной неоднородностью Вселенной в далеком прошлом), реликт-1, с космического аппарата.

Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения (FIRAS), установленный на спутнике NASA Cosmic Background Explorer (COBE), выполнил точные измерения спектра реликтового излучения. Эти величины стали наиболее точными данными измерений спектра реликтового излучения, которые подтверждают его принадлежность к спектру абсолютно черного тела. Наиболее подробная карта реликтового излучения построена на результатах работы американского космического аппарата WMAP.

Реликтовое излучение изотропно только в одной системе координат. Если наблюдатель движется относительно этой системы координат, в результате эффекта Доплера возникает анизотропия. По результатам наблюдений установлено, что наша Галактика движется относительно указанной системы координат со скоростью около 600 км / с в направлении созвездия Льва.

Комментарии:


Имя (обязательно)
E-mail (обязятельно)
Сайт

Комментарии(0) Подробнее