კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ფორმირება. CMB გამოსხივება


მიკროტალღური ფონის გამოსხივება (რელიქტური გამოსხივება)

 - სივრცე რადიაცია, რომელსაც აქვს ტემპერატურისთვის დამახასიათებელი სპექტრი დაახლ. ZK; განსაზღვრავს სამყაროს ფონური გამოსხივების ინტენსივობას მოკლე ტალღის რადიო დიაპაზონში (სანტიმეტრი, მილიმეტრი და სუბმილიმეტრიანი ტალღები). ახასიათებს იზოტროპიის უმაღლესი ხარისხი (ინტენსივობა თითქმის ერთნაირია ყველა მიმართულებით). მ.ფ-ის აღმოჩენა. და. (A. Penzias, R. Wilson, 1965, აშშ) დაადასტურა ე.წ. , წარმოადგინა ყველაზე მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტული მტკიცებულება სამყაროს გაფართოების იზოტროპიის კონცეფციისა და დიდი მასშტაბებით მისი ჰომოგენურობის სასარგებლოდ (იხ.).

ცხელი სამყაროს მოდელის მიხედვით, გაფართოებული სამყაროს მატერიას წარსულში გაცილებით მაღალი სიმკვრივე ჰქონდა, ვიდრე ახლა, და უკიდურესად მაღალი ტემპერატურა. ზე თ> 10 8 K პირველადი, რომელიც შედგება პროტონებისგან, ჰელიუმის იონებისა და ელექტრონებისაგან, რომლებიც განუწყვეტლივ ასხივებენ, ფანტავენ და შთანთქავენ ფოტონებს, იყო სრულ ემისიაში. სამყაროს შემდგომი გაფართოების დროს პლაზმისა და რადიაციის ტემპერატურა დაეცა. ნაწილაკების ფოტონებთან ურთიერთქმედებას აღარ ჰქონდა დრო, რომ მნიშვნელოვანი გავლენა მოეხდინა რადიაციის სპექტრზე დამახასიათებელი გაფართოების დროს (სამყარო ბრემსტრაჰლუნგის გამოსხივების თვალსაზრისით ამ დროისთვის ერთიანობაზე ბევრად ნაკლები გახდა). ამასთან, სამყაროს გაფართოების დროს მატერიასთან რადიაციის ურთიერთქმედების სრული არარსებობის შემთხვევაშიც კი, რადიაციის შავი სხეულის სპექტრი რჩება შავ სხეულად, მხოლოდ გამოსხივების ტემპერატურა მცირდება. მიუხედავად იმისა, რომ ტემპერატურა 4000 K-ს აჭარბებდა, პირველადი ნივთიერება მთლიანად იონიზირებული იყო, ფოტონების დიაპაზონი ერთი გაფანტვის მოვლენიდან მეორეზე გაცილებით ნაკლები იყო. 4000 K ტემპერატურაზე პროტონები და ელექტრონები დაიკარგა, პლაზმა გადაიქცა ნეიტრალური წყალბადის და ჰელიუმის ატომების ნარევად და სამყარო მთლიანად გამჭვირვალე გახდა რადიაციისთვის. მისი შემდგომი გაფართოების დროს რადიაციული ტემპერატურა აგრძელებდა ვარდნას, მაგრამ რადიაციის შავსხეულიანი ბუნება შენარჩუნებული იყო როგორც რელიქვია, როგორც სამყაროს ევოლუციის ადრეული პერიოდის „მოგონება“. ეს გამოსხივება აღმოაჩინეს ჯერ 7,35 სმ ტალღაზე, შემდეგ კი სხვა ტალღებზე (0,6 მმ-დან 50 სმ-მდე).

M.f-ის ტემპერატურა. და. 10%-იანი სიზუსტით აღმოჩნდა 2,7 კ.საშ. ამ გამოსხივების ფოტონების ენერგია უკიდურესად დაბალია - 3000-ჯერ ნაკლები ხილული სინათლის ფოტონების ენერგიაზე, მაგრამ ფოტონების რაოდენობაა M.f. და. ძალიან დიდი. სამყაროში თითოეული ატომისთვის არის ~ 10 9 ფოტონი M.f. და. (საშუალოდ 400-500 ფოტონი 1 სმ3-ზე).

მ.ფ-ის ტემპერატურის განსაზღვრის პირდაპირ მეთოდთან ერთად. და. - რადიაციულ სპექტრში ენერგიის განაწილების მრუდის მიხედვით (იხ.), ასევე არსებობს არაპირდაპირი მეთოდი - ვარსკვლავთშორის გარემოში მოლეკულების ქვედა ენერგიის დონის პოპულაციის მიხედვით. როდესაც ფოტონი შეიწოვება M.f. და. მოლეკულა მოძრაობს ფუძიდან. მდგომარეობა აღელვებულ მდგომარეობაში. რაც უფრო მაღალია გამოსხივების ტემპერატურა, მით მეტია ფოტონების სიმკვრივე, რომელთა ენერგია საკმარისია მოლეკულების აღგზნებისთვის და მით უფრო დიდია მათი პროპორცია აღგზნებულ დონეზე. აღგზნებული მოლეკულების რაოდენობის მიხედვით (დონეების მოსახლეობა) შეიძლება ვიმსჯელოთ ამაღელვებელი გამოსხივების ტემპერატურაზე. ამრიგად, ოპტიკური დაკვირვებები. ვარსკვლავთშორისი ციანის (CN) შთანთქმის ხაზები აჩვენებს, რომ მისი ქვედა ენერგეტიკული დონეები დასახლებულია ისე, თითქოს CN მოლეკულები იმყოფებოდნენ სამი გრადუსიანი შავი სხეულის გამოსხივების ველში. ეს ფაქტი დადგინდა (მაგრამ ბოლომდე არ იყო გაგებული) ჯერ კიდევ 1941 წელს, M.f-ის აღმოჩენამდე დიდი ხნით ადრე. და. პირდაპირი დაკვირვებები.

არც ვარსკვლავები და რადიო გალაქტიკები და არც ცხელი გალაქტიკათაშორისი. გაზი, არც ხილული სინათლის ხელახალი გამოსხივება ვარსკვლავთშორისი მტვერივერ წარმოქმნის რადიაციას, რომელიც უახლოვდება M.f. ი.: ამ გამოსხივების ჯამური ენერგია ძალიან მაღალია და მისი სპექტრი არ ჰგავს არც ვარსკვლავთა სპექტრს და არც რადიო წყაროების სპექტრს (ნახ. 1). ეს, ისევე როგორც ინტენსივობის რყევების თითქმის სრული არარსებობა ციურ სფეროზე (მცირე მასშტაბის კუთხური რყევები), ადასტურებს მაგნიტური f-ის კოსმოლოგიურ, რელიქტურ წარმოშობას. და.

M.f-ის რყევები. და.
მცირე განსხვავებების გამოვლენა ინტენსივობის M. f. ციური სფეროს სხვადასხვა ნაწილიდან მიღებული ი. საშუალებას მოგვცემს გამოვიტანოთ მრავალი დასკვნა მატერიაში პირველადი აშლილობის ბუნების შესახებ, რამაც შემდგომში გამოიწვია გალაქტიკების და გალაქტიკათა გროვების წარმოქმნა. თანამედროვე გალაქტიკები და მათი გროვა ჩამოყალიბდა სამყაროში წყალბადის რეკომბინაციამდე არსებული მატერიის სიმკვრივეში უმნიშვნელო ამპლიტუდის არაჰომოგენურობის ზრდის შედეგად. ნებისმიერი კოსმოლოგიური მოდელის მიხედვით, სამყაროს გაფართოების დროს შეგიძლიათ იპოვოთ არაჰომოგენურობის ამპლიტუდის ზრდის კანონი. თუ იცით, როგორი იყო ნივთიერების არაჰომოგენურობის ამპლიტუდები რეკომბინაციის მომენტში, შეგიძლიათ დაადგინოთ რამდენი დრო დასჭირდა მათ ზრდას და ერთიანობის წესრიგს. ამის შემდეგ, საშუალოზე მნიშვნელოვნად მაღალი სიმკვრივის მქონე უბნები უნდა გამოირჩეოდნენ საერთო გაფართოების ფონიდან და წარმოშობილიყვნენ გალაქტიკები და მათი გროვები. რეკომბინაციის მომენტში საწყისი სიმკვრივის არაჰომოგენურობის ამპლიტუდის შესახებ მხოლოდ რელიქტურ გამოსხივებას შეუძლია "თქვას". მას შემდეგ, რაც რეკომბინაციამდე გამოსხივება მჭიდროდ იყო შერწყმული მატერიასთან (ელექტრონები მიმოფანტეს ფოტონებს), მატერიის სივრცითი განაწილების არაჰომოგენურობამ გამოიწვია რადიაციის ენერგიის სიმკვრივის არაერთგვაროვნება, ანუ გამოსხივების ტემპერატურის განსხვავებები სამყაროს სხვადასხვა სიმკვრივის რეგიონებში. როდესაც რეკომბინაციის შემდეგ ნივთიერებამ შეწყვიტა რადიაციასთან ურთიერთქმედება და გამჭვირვალე გახდა მისთვის, M.f. და. უნდა შენარჩუნებულიყო ყველა ინფორმაცია სამყაროში სიმკვრივის არაერთგვაროვნების შესახებ რეკომბინაციის პერიოდში. თუ არაჰომოგენურობა არსებობდა, მაშინ M.f-ის ტემპერატურა. და. უნდა მერყეობდეს და დამოკიდებული იყოს დაკვირვების მიმართულებაზე. თუმცა, მოსალოდნელი რყევების გამოსავლენად ექსპერიმენტებს ჯერ არ გააჩნია საკმარისად მაღალი სიზუსტე. ისინი უზრუნველყოფენ მხოლოდ ზედა ზღვარს რყევების მნიშვნელობებისთვის. მცირე კუთხოვან მასშტაბებზე (რკალის ერთი წუთიდან რკალამდე ექვს გრადუსამდე) რყევები არ აღემატება 10 -4 K. მაგნიტური f-ის რყევების ძიება. და. ასევე გართულებულია იმით, რომ დისკრეტული კოსმოსური ელემენტები ხელს უწყობენ ფონის რყევებს. რადიო წყაროები, დედამიწის ატმოსფეროს გამოსხივება მერყეობს და ა.შ. დიდი კუთხური მასშტაბების ექსპერიმენტებმა ასევე აჩვენა, რომ M. f. და. პრაქტიკულად დამოუკიდებელი დაკვირვების მიმართულებისგან: გადახრები არ აღემატება K. მიღებული მონაცემებით შესაძლებელი გახდა სამყაროს გაფართოების ანიზოტროპიის ხარისხის შეფასება 100-ჯერ შემცირებულიყო „გაფანტული“ გალაქტიკების პირდაპირი დაკვირვების შეფასებასთან შედარებით. .

მ.ფ. და. როგორც „ახალი ეთერი“.
მ.ფ. და. იზოტროპული მხოლოდ „გაფანტულ“ გალაქტიკებთან დაკავშირებულ კოორდინატულ სისტემაში, ე.წ. თანმხლები საცნობარო სისტემა (ეს სისტემა ფართოვდება სამყაროსთან ერთად). ნებისმიერ სხვა კოორდინატულ სისტემაში რადიაციის ინტენსივობა დამოკიდებულია მიმართულებაზე. ეს ფაქტი ხსნის მზის სიჩქარის გაზომვის შესაძლებლობას კოორდინატულ სისტემასთან მიმართებაში, რომელიც დაკავშირებულია მაგნიტურ f-სთან. და. მართლაც, დოპლერის ეფექტის გამო, მოძრავი დამკვირვებლისკენ გავრცელებულ ფოტონებს უფრო მეტი ენერგია აქვთ, ვიდრე მათ, ვინც მას ეწევა, მიუხედავად იმისა, რომ სისტემაში, რომელიც დაკავშირებულია მაგნიტურ f. ი., მათი ენერგიები თანაბარია. მაშასადამე, ასეთი დამკვირვებლის გამოსხივების ტემპერატურა დამოკიდებულია მიმართულებაზე: , სად თ 0 - ოთხ ცის რადიაციის ტემპერატურაზე, ვ- დამკვირვებლის სიჩქარე, - კუთხე სიჩქარის ვექტორსა და დაკვირვების მიმართულებას შორის.

CMB-ის დიპოლური ანიზოტროპია, რომელიც დაკავშირებულია მოძრაობასთან მზის სისტემაამ გამოსხივების ველთან შედარებით, ახლა მყარად არის დადგენილი (ნახ. 2): ლომის თანავარსკვლავედის მიმართულებით, მ.ფ. და. საშუალოზე 3,5 მკ-ით მეტია, ხოლო საპირისპირო მიმართულებით (მერწყულის თანავარსკვლავედი) იგივე ოდენობით დაბალია საშუალოზე. შესაბამისად, მზე (დედამიწასთან ერთად) მოძრაობს მაგნიტური ფუნქციის მიმართ. და. სიჩქარით დაახლ. ლომის თანავარსკვლავედისკენ 400 კმ/წმ. დაკვირვების სიზუსტე იმდენად მაღალია, რომ ექსპერიმენტატორებმა დააფიქსირეს დედამიწის სიჩქარე მზის გარშემო 30 კმ/წმ. გალაქტიკის ცენტრის ირგვლივ მზის მოძრაობის სიჩქარის გათვალისწინება შესაძლებელს ხდის გალაქტიკის მოძრაობის სიჩქარის განსაზღვრას მაგნიტურ f-სთან შედარებით. და. ეს არის 600 კმ/წმ. პრინციპში, არსებობს მეთოდი, რომელიც საშუალებას იძლევა განისაზღვროს მდიდარი გალაქტიკათა გროვების სიჩქარე CMB-თან შედარებით (იხ.).

სპექტრი M. f. და.
ნახ. ცხრილი 1 აჩვენებს არსებულ ექსპერიმენტულ მონაცემებს M. f. და. და ენერგიის განაწილების პლანკის მრუდი აბსოლუტურად შავი სხეულის წონასწორული გამოსხივების სპექტრში, რომლის ტემპერატურაა 2,7 K. ექსპერიმენტული წერტილების პოზიციები კარგად შეესაბამება თეორიულს. მრუდე. ეს უზრუნველყოფს ძლიერ მხარდაჭერას ცხელი სამყაროს მოდელისთვის.

გაითვალისწინეთ, რომ სანტიმეტრის და დეციმეტრული ტალღების დიაპაზონში, M.f. და. შესაძლებელია დედამიწის ზედაპირიდან რადიოტელესკოპების გამოყენებით. მილიმეტრებში და განსაკუთრებით სუბმილიმეტრებში, ატმოსფერული გამოსხივება ხელს უშლის მაგნიტური ფიზიკის დაკვირვებას. ი., შესაბამისად, გაზომვები ხორციელდება ფართოზოლოვანი, დამონტაჟებული ბუშტები(ცილინდრები) და რაკეტები. ღირებული მონაცემები მ.ფ-ის სპექტრის შესახებ. და. მილიმეტრიან რეგიონში მიღებული იქნა ვარსკვლავთშორისი გარემოს მოლეკულების შთანთქმის ხაზებზე დაკვირვებით ცხელი ვარსკვლავების სპექტრებში. აღმოჩნდა, რომ მთავარი წვლილი ენერგეტიკულ სიმკვრივეში M. f. და. აწარმოებს გამოსხივებას 6-დან 0,6 მმ-მდე, რომლის ტემპერატურა უახლოვდება 3 კ-ს. ამ ტალღის სიგრძის დიაპაზონში მაგნიტური f-ის ენერგიის სიმკვრივე. და. =0.25 ევ/სმ 3.

ბევრი კოსმოლოგიური ისინი პროგნოზირებენ გალაქტიკების წარმოქმნის თეორიებსა და თეორიებს, რომლებიც ითვალისწინებენ მატერიისა და ანტიმატერიის პროცესებს, განვითარებული, ფართომასშტაბიანი პოტენციური მოძრაობების გაფანტვას, პირველადი მცირე მასების აორთქლებას, არასტაბილურების დაშლას. ენერგიის გამოყოფა სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე. ამავდროულად, ენერგიის ნებისმიერი გამოთავისუფლება align="absmiddle" width="127" height="18"> იმ ეტაპზე, როდესაც მ.ფ. და. მერყეობდა 3 K-მდე, შესამჩნევად უნდა დაამახინჯებინა მისი შავი სხეულის სპექტრი. ამრიგად, სპექტრი M.f. და. შეიცავს ინფორმაციას სამყაროს თერმული ისტორიის შესახებ. უფრო მეტიც, ეს ინფორმაცია დიფერენცირებული გამოდის: ენერგიის გამოყოფა გაფართოების სამივე საფეხურზე (K; 3T 4000 K). ასეთი ენერგიული ფოტონები ძალიან ცოტაა (მათი საერთო რაოდენობის ~10 -9). ამიტომ, ნეიტრალური ატომების წარმოქმნის შედეგად წარმოქმნილმა რეკომბინირებულმა გამოსხივებამ მაგნიტური ველის სპექტრი დიდად უნდა დაამახინჯოს. და. ტალღებზე 250 მიკრონი.

გალაქტიკების ფორმირებისას ნივთიერებას შესაძლოა განიცადოს კიდევ ერთი გათბობა. სპექტრი M. f. და. ამავდროულად, ის ასევე შეიძლება შეიცვალოს, რადგან რელიქტური ფოტონების გაფანტვა ცხელი ელექტრონებით ზრდის ფოტონების ენერგიას (იხ.). განსაკუთრებით ძლიერი ცვლილებები ამ შემთხვევაში ხდება სპექტრის მოკლე ტალღის რეგიონში. ერთ-ერთი მრუდი, რომელიც აჩვენებს M.f-ის სპექტრის შესაძლო დამახინჯებას. ი., ნაჩვენებია ნახ. 1 (დატეხილი მრუდი). ხელმისაწვდომი ცვლილებები სპექტრში M. f. და. აჩვენა, რომ მატერიის მეორადი გათბობა სამყაროში მოხდა ბევრად უფრო გვიან, ვიდრე რეკომბინაცია.

მ.ფ. და. და კოსმოსური სხივები.

კოსმიური სხივები (პროტონები და მაღალი ენერგიის ბირთვები; ულტრარელატივისტური ელექტრონები, რომლებიც განსაზღვრავენ ჩვენი და სხვა გალაქტიკების რადიოემისიას მეტრის დიაპაზონში) ატარებენ ინფორმაციას ვარსკვლავებსა და გალაქტიკურ ბირთვებში გიგანტური ასაფეთქებელი პროცესების შესახებ, რომლის დროსაც ისინი იბადებიან. როგორც გაირკვა, სამყაროში მაღალი ენერგიის ნაწილაკების სიცოცხლე დიდწილად დამოკიდებულია მაგნიტური ველის ფოტონებზე. ი., დაბალი ენერგიის მქონე, მაგრამ უკიდურესად მრავალრიცხოვანი - მათგან მილიარდჯერ მეტია, ვიდრე სამყაროში ატომები (ეს თანაფარდობა შენარჩუნებულია სამყაროს გაფართოების დროს). ულტრარელატივისტური ელექტრონების შეჯახებისას კოსმოსური. სხივები ფოტონებით M.f. და. ხდება ენერგიისა და იმპულსის გადანაწილება. ფოტონის ენერგია ბევრჯერ იზრდება და რადიო ფოტონი გადაიქცევა რენტგენის ფოტონად. გამოსხივება, ელექტრონის ენერგია უმნიშვნელოდ იცვლება. რადგან ეს პროცესი ბევრჯერ მეორდება, ელექტრონი თანდათან კარგავს მთელ თავის ენერგიას. დაფიქსირდა თანამგზავრებიდან და რენტგენის რაკეტებიდან. როგორც ჩანს, ფონური გამოსხივება ნაწილობრივ ამ პროცესით არის განპირობებული.

ულტრა მაღალი ენერგიების პროტონები და ბირთვები ასევე ექვემდებარება M.f ფოტონების გავლენას. ი.: მათთან შეჯახებისას ბირთვები იშლება და პროტონებთან შეჯახება იწვევს ახალი ნაწილაკების დაბადებას (ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილები, -მეზონები და ა.შ.). შედეგად, პროტონის ენერგია სწრაფად იკლებს ზღურბლამდე, რომლის ქვემოთ ნაწილაკების დაბადება შეუძლებელი ხდება ენერგიისა და იმპულსის შენარჩუნების კანონების მიხედვით. სწორედ ამ პროცესებთან არის პრაქტიკული არარსებობა სივრცეში ნაწილაკების სხივები ენერგიით 10-20 ევ, ასევე მცირე რაოდენობის მძიმე ბირთვები.

ნათ.:
ზელდოვიჩ ია.ბ., სამყაროს „ცხელი“ მოდელი, UFN, 1966, ტ. 89, ვ. 4, გვ. 647; Weinberg S., პირველი სამი წუთი, თარგმანი. ინგლისურიდან, მ., 1981 წ.

CMB გამოსხივება არის ფონური მიკროტალღური გამოსხივება, რომელიც ერთნაირია ყველა მიმართულებით და აქვს შავი სხეულისთვის დამახასიათებელი სპექტრი ~ 2,7 K ტემპერატურაზე.

ითვლება, რომ ამ გამოსხივებიდან შეიძლება გაიგოთ პასუხი კითხვაზე: საიდან გაჩნდა? სინამდვილეში, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება არის ის, რაც რჩება "სამყაროს კონსტრუქციიდან", როდესაც ის მკვრივი ცხელი პლაზმის გაფართოების შემდეგ დაიწყო. იმისათვის, რომ გავიგოთ, რა არის კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება, მოდით შევადაროთ ის ადამიანის საქმიანობის ნარჩენებს. მაგალითად, ადამიანი რაღაცას იგონებს, სხვები ყიდულობენ, იყენებენ და გადაყრიან ნარჩენებს. ასე რომ, ნაგავი (ადამიანის სიცოცხლის შედეგი) არის კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ანალოგი. ნაგვიდან შეგიძლიათ გაიგოთ ყველაფერი - სად იყო ადამიანი გარკვეულ პერიოდში, რას ჭამდა, რა ეცვა და კიდევ რაზე ლაპარაკობდა. ასევე, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. მისი თვისებებიდან გამომდინარე, მეცნიერები ცდილობენ შექმნან დიდი აფეთქების მომენტის სურათი, რომელიც შეიძლება გასცეს პასუხი კითხვაზე: როგორ გაჩნდა სამყარო? მაგრამ მაინც, ენერგიის შენარჩუნების კანონები ქმნის გარკვეულ უთანხმოებებს სამყაროს წარმოშობის შესახებ, რადგან არაფერი არსაიდან მოდის და არსად მიდის. ჩვენი სამყაროს დინამიკა არის გადასვლები, თვისებებისა და მდგომარეობის ცვლილებები. ამის დაკვირვება ჩვენს პლანეტაზეც კი შეიძლება. მაგალითად, ბურთის ელვაჩნდება წყლის ნაწილაკების ღრუბელში?! როგორ? როგორ შეიძლება ეს? ვერავინ ხსნის გარკვეული კანონების წარმოშობას. არსებობს მხოლოდ ამ კანონების აღმოჩენის მომენტები, ისევე როგორც კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების აღმოჩენის ისტორია.

ისტორიული ფაქტები კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლის შესახებ

CMB პირველად ახსენა გეორგი ანტონოვიჩ გამოვმა (ჯორჯ გამოვ), როდესაც ის ცდილობდა აეხსნა დიდი აფეთქების თეორია. მან ივარაუდა, რომ ნარჩენი გამოსხივება ავსებდა მუდმივად გაფართოებული სამყაროს სივრცეს. 1941 წელს, ოფიჩუსის გროვის ერთ-ერთი ვარსკვლავის შთანთქმის შესწავლისას, ენდრიუ მაკკელარმა შენიშნა სინათლის შთანთქმის სპექტრული ხაზები, რომლებიც შეესაბამებოდა 2,7 კ ტემპერატურას. 1948 წელს გეორგი გამოვმა, რალფ ალფერტმა და რობერტ ჰერმანმა დაადგინეს სინათლის ტემპერატურა. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება 5 კ-ზე. მოგვიანებით გეორგი გამოვმა შესთავაზა ტემპერატურა 3 კ-ზე ნაკლები, ვიდრე ცნობილი. მაგრამ ეს იყო ამ ფაქტის მხოლოდ ზედაპირული შესწავლა, რომელიც იმ დროისთვის უცნობი იყო. 60-იანი წლების დასაწყისში რობერტ დიკემ და იაკოვ ზელდოვიჩმა მიიღეს იგივე შედეგები, რაც გამოვმა ტალღების ჩაწერით, რომელთა რადიაციის ინტენსივობა დროზე არ იყო დამოკიდებული. მეცნიერთა ცნობისმოყვარე გონებას უნდა შეექმნა სპეციალური რადიოტელესკოპი, რათა უფრო ზუსტად დაეფიქსირებინა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაცია. 80-იანი წლების დასაწყისში, კოსმოსური ინდუსტრიის განვითარებასთან ერთად, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის უფრო ფრთხილად შესწავლა დაიწყო კოსმოსური ხომალდიდან. შესაძლებელი გახდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების იზოტროპიის თვისების დადგენა (იგივე თვისებები ყველა მიმართულებით, მაგალითად, 5 ნაბიჯი ჩრდილოეთისაკენ 10 წამში და 5 ნაბიჯი სამხრეთისკენ 10 წამში). დღესაც გრძელდება რელიქვიის შესწავლის თვისებების და მისი გაჩენის ისტორიის შესწავლა.

რა თვისებები აქვს რელიქტურ გამოსხივებას?

CMB სპექტრი FIRAS ინსტრუმენტის გამოყენებით მიღებული მონაცემებიდან COBE თანამგზავრზე

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრი არის 2,75 კელვინი, რაც ამ ტემპერატურამდე გაცივებული ჭვარტლის მსგავსია. ასეთი ნივთიერება ყოველთვის შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას (სინათლეს), როგორი გავლენაც არ უნდა იყოს მასზე. მაინც ჩასვით მაგნიტურ ხვეულში მაინც ბირთვული ბომბიგადააგდე, თუნდაც გაანათე პროჟექტორით. ასეთი სხეული ასევე ასხივებს მცირე რადიაციას. მაგრამ ეს მხოლოდ ადასტურებს იმ ფაქტს, რომ არაფერია აბსოლუტური. თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ გამოიტანოთ იდეალური კანონი უსასრულოდ დიდი ხნის განმავლობაში, მიაღწიოთ რაღაცის გარკვეული თვისების მაქსიმუმს, მაგრამ მცირე ინერცია ყოველთვის დარჩება.

საინტერესო ფაქტები, რომლებიც დაკავშირებულია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლასთან

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების მაქსიმალური სიხშირე დაფიქსირდა 160,4 გჰც-ზე, რაც უდრის 1,9 მმ ტალღას. და ასეთი გამოსხივების სიმკვრივეა 400-500 ფოტონი სმ 3-ზე. CMB გამოსხივება არის უძველესი, უძველესი გამოსხივება, რომელიც შეიძლება ზოგადად სამყაროში შეინიშნოს. თითოეულ ნაწილაკს დედამიწამდე მისასვლელად 400 000 წელი დასჭირდა. კილომეტრები კი არა, წლები! სატელიტური დაკვირვებებისა და მათემატიკური გამოთვლების მიხედვით, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება თითქოს ჩერდება და ყველა გალაქტიკა და თანავარსკვლავედი მოძრაობს მასთან შედარებით უზარმაზარი სიჩქარით, ასობით კილომეტრი წამში. ეს ჰგავს ფანჯრიდან მოძრავი მატარებლის ყურებას. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურა თანავარსკვლავედის მიმართულებით 0,1%-ით მეტია, საპირისპირო მიმართულებით კი 0,1%-ით დაბალია. ეს ხსნის მზის მოძრაობას ამ თანავარსკვლავედისკენ რელიქტურ ფონთან შედარებით.

რას გვაძლევს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლა?

ადრეული სამყარო ცივი იყო, ძალიან ცივი. რატომ იყო სამყარო ასე ცივი და რა მოხდა, როდესაც სამყაროს გაფართოება დაიწყო? შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ დიდი აფეთქების გამო მოხდა განდევნა უზარმაზარი თანხაენერგიის კოლტები სამყაროს საზღვრებს მიღმა, შემდეგ სამყარო გაცივდა, თითქმის გაიყინა, მაგრამ დროთა განმავლობაში ენერგიამ კვლავ დაიწყო კოლტებად შეკრება და წარმოიშვა გარკვეული რეაქცია, რამაც დაიწყო სამყაროს გაფართოების პროცესი. მაშინ საიდან მოდის ბნელი მატერია და ურთიერთქმედებს თუ არა იგი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივებასთან? შესაძლოა, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება ბნელი მატერიის დაშლის შედეგია, რაც უფრო ლოგიკურია, ვიდრე დიდი აფეთქების ნარჩენი გამოსხივება. ვინაიდან ბნელი ენერგია შეიძლება იყოს ანტიმატერია და ბნელი მატერიის ნაწილაკები, მატერიის ნაწილაკებთან შეჯახებით, წარმოქმნიან რადიაციას მატერიალურ და ანტიმატერიალურ სამყაროში, რელიქტური გამოსხივების მსგავსი. დღეს ეს არის მეცნიერების უახლესი, შეუსწავლელი სფერო, რომელშიც შეიძლება მიაღწიო წარმატებას და ჩაიბეჭდოს მეცნიერებისა და საზოგადოების ისტორიაში.

CMB გამოსხივება-კოსმოსური ელექტრომაგნიტური გამოსხივებათან მაღალი ხარისხიიზოტროპული და ტემპერატურით აბსოლუტურად შავი სხეულისთვის დამახასიათებელი სპექტრით? 2.725 კ. CMB იწინასწარმეტყველეს G. Gamow-მა, R. Alpher-მა და R. Hermann-მა 1948 წელს მათ მიერ შექმნილი პირველი დიდი აფეთქების თეორიის საფუძველზე. ალფერმა და ჰერმანმა შეძლეს დაედგინათ, რომ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურა უნდა იყოს 5. კდა გამოვმა პროგნოზი გააკეთა 3-ში კ. მიუხედავად იმისა, რომ სივრცის ტემპერატურის გარკვეული შეფასებები არსებობდა ადრე, მათ ჰქონდათ რამდენიმე ნაკლოვანება. ჯერ ერთი, ეს იყო მხოლოდ გაზომვები ეფექტური ტემპერატურასივრცეში, არ იყო ვარაუდი, რომ რადიაციული სპექტრი ემორჩილება პლანკის კანონს. მეორეც, ისინი დამოკიდებულნი იყვნენ ჩვენს კონკრეტულ მდებარეობაზე გალაქტიკის კიდეზე და არ თვლიდნენ, რომ რადიაცია იზოტროპულია. უფრო მეტიც, ისინი სრულიად განსხვავებულ შედეგებს იძლევიან, თუ დედამიწა სადმე სამყაროში მდებარეობდა. არც თავად გ.გამოვს და არც მის ბევრ მიმდევარს არ დაუყენებიათ საკითხი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ექსპერიმენტული გამოვლენის შესახებ. როგორც ჩანს, მათ სჯეროდათ, რომ ამ გამოსხივების აღმოჩენა შეუძლებელია, რადგან ის "იხრჩობა" ვარსკვლავების და კოსმოსური სხივების გამოსხივების შედეგად დედამიწაზე მოტანილი ენერგიის ნაკადებში.

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების გამოვლენის შესაძლებლობა გალაქტიკებისა და ვარსკვლავების გამოსხივების ფონზე სანტიმეტრიანი რადიოტალღების რეგიონში დადასტურდა A.G.-ის გამოთვლებით. დოროშკევიჩი და ი.დ. ნოვიკოვი, განხორციელდა ია.ბ. ზელდოვიჩი 1964 წელს, ე.ი. ა.პეპზიასის და რ.ვილსონის აღმოჩენამდე ერთი წლით ადრე.

1965 წელს არნო პენზიასმა და რობერტ ვუდრო უილსონმა ააშენეს დიკის რადიომეტრი, რომლის გამოყენებასაც აპირებდნენ არა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის საძიებლად, არამედ რადიო ასტრონომიისა და სატელიტური კომუნიკაციების ექსპერიმენტებისთვის. მოწყობილობის დაკალიბრებისას აღმოჩნდა, რომ ანტენას ჭარბი ტემპერატურა ჰქონდა 3.5 კრომლის ახსნაც ვერ შეძლეს. უმნიშვნელო ხმაურის ფონი არ შეცვლილა არც მიმართულებიდან და არც მუშაობის დროიდან. თავიდან მათ გადაწყვიტეს, რომ ეს იყო ხმაური, რომელიც თან ახლავს აღჭურვილობას. რადიოტელესკოპი დაშალეს და მისი „ჩაყრა“ ისევ და ისევ გამოიცადა. ინჟინრების სიამაყე დაზარალდა და ამიტომ შემოწმება გაგრძელდა ბოლო დეტალამდე, ბოლო შედუღებამდე. ყველაფერი აღმოიფხვრა. ისევ შეაგროვეს - ხმაური განახლდა. ბევრი მსჯელობის შემდეგ, თეორეტიკოსები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ეს გამოსხივება შეიძლება იყოს სხვა არაფერი, თუ არა კოსმოსური რადიო გამოსხივების მუდმივი ფონი, რომელიც ავსებს სამყაროს მუდმივი ნაკადით. ჰოლდმდეილისგან ზარის მიღების შემდეგ, დიკემ დაცინა: „ბიჭებო, ჯეკპოტი მივიღეთ“. პრინსტონისა და ჰოლმდეილის გუნდებს შორის შეხვედრამ დაადგინა, რომ ანტენის ტემპერატურა გამოწვეული იყო კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივებით. ასტროფიზიკოსებმა გამოთვალეს, რომ ხმაური შეესაბამება დაახლოებით 3 გრადუს კელვინის ტემპერატურას და ისმის „სხვადასხვა სიხშირეზე. 1978 წელს პენზიასმა და ვილსონმა მიიღეს ნობელის პრემია მათი აღმოჩენისთვის. შეიძლება წარმოიდგინოთ, როგორ გაიხარეს "ცხელი" მოდელის მხარდამჭერებმა, როდესაც ეს შეტყობინება მოვიდა. ამ აღმოჩენამ არა მხოლოდ გააძლიერა "ცხელი" მოდელის პოზიცია. რელიქტურმა გამოსხივებამ შესაძლებელი გახადა კვაზარების დროის საფეხურიდან (8-10 მილიარდი წელი) დაცემამდე 300 ათასი წლის შესაბამის საფეხურზე „დასაწყისიდან“. ამავდროულად, დადასტურდა იდეა, რომ სამყაროს ოდესღაც სიმკვრივე ჰქონდა მილიარდჯერ მეტი ვიდრე ახლა. ცნობილია, რომ გახურებული მატერია ყოველთვის ასხივებს ფოტონებს. მიხედვით ზოგადი კანონებითერმოდინამიკა, ეს გამოხატავს წონასწორობის სწრაფვას, რომელშიც მიიღწევა გაჯერება: ახალი ფოტონების დაბადება კომპენსირდება საპირისპირო პროცესით, მატერიის მიერ ფოტონების შთანთქმით, ისე, რომ გარემოში ფოტონების საერთო რაოდენობა არ იცვლება. ეს "ფოტონური გაზი" ერთნაირად ავსებს მთელ სამყაროს. ფოტონის გაზის ტემპერატურა ახლოს არის აბსოლუტურ ნულთან - დაახლოებით 3 კელვინი, მაგრამ მასში შემავალი ენერგია უფრო მეტია ვიდრე ყველა ვარსკვლავის მიერ სიცოცხლის განმავლობაში გამოსხივებული სინათლის ენერგია. სამყაროს სივრცის ყოველ კუბურ სანტიმეტრზე არის დაახლოებით ხუთასი კვანტა გამოსხივება, ხოლო ფოტონების მთლიანი რაოდენობა ხილულ სამყაროში რამდენიმე მილიარდჯერ მეტია მატერიის ნაწილაკების მთლიან რაოდენობაზე, ე.ი. ატომები, ბირთვები, ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან პლანეტებს, ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს. სამყაროს ამ ზოგად ფონურ გამოსხივებას კ მსუბუქი ხელიი.ს. შკლოვსკი, რელიქტი, ე.ი. ნარჩენი, რომელიც არის სამყაროს მკვრივი და ცხელი საწყისი მდგომარეობის ნარჩენი, რელიქვია. ვივარაუდოთ, რომ ადრეული სამყაროს მატერია ცხელი იყო, G. Gamow-მა იწინასწარმეტყველა, რომ ფოტონები, რომლებიც მაშინ მატერიასთან თერმოდინამიკურ წონასწორობაში იმყოფებოდნენ, უნდა შენარჩუნებულიყო თანამედროვე ეპოქაში. ეს ფოტონები პირდაპირ იქნა აღმოჩენილი 1965 წელს. განიცადა ზოგადი გაფართოება და მასთან დაკავშირებული გაგრილება, ფოტონების გაზი ახლა ქმნის სამყაროს ფონურ გამოსხივებას, რომელიც თანაბრად მოდის ჩვენამდე ყველა მხრიდან. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის კვანტს არ აქვს მოსვენების მასა, როგორც ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნებისმიერ კვანტს, მაგრამ აქვს ენერგია და, შესაბამისად, აინშტაინის ცნობილი ფორმულის მიხედვით. E=ქალბატონი?და ამ ენერგიის შესაბამისი მასა. რელიქტური კვანტების უმეტესობისთვის ეს მასა ძალიან მცირეა: წყალბადის ატომის მასაზე ბევრად ნაკლები, ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. ამიტომ, მიუხედავად ნაწილაკების რაოდენობის მნიშვნელოვანი უპირატესობისა, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება ჩამოუვარდება ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს სამყაროს მთლიან მასაში წვლილის თვალსაზრისით. თანამედროვე ეპოქაში გამოსხივების სიმკვრივეა 3 * 10 -34 გ/სმ 3, რაც დაახლოებით ათასჯერ ნაკლებია გალაქტიკების მატერიის საშუალო სიმკვრივეზე. მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ იყო - სამყაროს შორეულ წარსულში მის სიმკვრივეში მთავარი წვლილი ფოტონებს შეიტანეს. ფაქტია, რომ კოსმოლოგიური გაფართოების დროს რადიაციის სიმკვრივე უფრო სწრაფად მცირდება, ვიდრე მატერიის სიმკვრივე. ამ პროცესში არა მხოლოდ მცირდება ფოტონების კონცენტრაცია (ნაწილაკების კონცენტრაციის იგივე სიჩქარით), არამედ მცირდება ერთი ფოტონის საშუალო ენერგიაც, რადგან გაფართოების დროს ფოტონების გაზის ტემპერატურა მცირდება. სამყაროს შემდგომი გაფართოების დროს პლაზმისა და რადიაციის ტემპერატურა დაეცა. ფოტონებთან ნაწილაკების ურთიერთქმედებას აღარ ჰქონდა დრო, რომ მნიშვნელოვანი გავლენა მოეხდინა ემისიის სპექტრზე დამახასიათებელი გაფართოების დროს. თუმცა, სამყაროს გაფართოების დროს რადიაციასა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების სრული არარსებობის შემთხვევაშიც კი, რადიაციის შავი სხეულის სპექტრი რჩება შავ სხეულში, მხოლოდ გამოსხივების ტემპერატურა მცირდება. მაშინ როცა ტემპერატურა 4000-ს აჭარბებდა კ, პირველადი მატერია მთლიანად იონიზირებული იყო, ფოტონების დიაპაზონი ერთი გაფანტული მოვლენიდან მეორეზე გაცილებით ნაკლები იყო ვიდრე სამყაროს ჰორიზონტი. ზე თ ? 4000კპროტონები და ელექტრონები ხელახლა გაერთიანდნენ, პლაზმა გადაიქცა ნეიტრალური წყალბადის და ჰელიუმის ატომების ნარევად და სამყარო მთლიანად გამჭვირვალე გახდა რადიაციისთვის. მისი შემდგომი გაფართოების დროს, რადიაციის ტემპერატურა აგრძელებდა ვარდნას, მაგრამ რადიაციის შავსხეულიანი ბუნება შენარჩუნებული იყო როგორც რელიქვია, როგორც სამყაროს ევოლუციის ადრეული პერიოდის „მოგონება“. ეს გამოსხივება აღმოაჩინეს ჯერ 7,35 სმ ტალღაზე, შემდეგ კი სხვა ტალღებზე (0,6 მმ-დან 50 სმ-მდე).

არც ვარსკვლავები და რადიოგალაქტიკები, არც ცხელი გალაქტიკათაშორისი გაზი და არც ვარსკვლავთშორისი მტვრის მიერ ხილული სინათლის ხელახალი გამოსხივება არ შეიძლება წარმოქმნას რადიაცია, რომელიც უახლოვდება მიკროტალღური ფონის გამოსხივების თვისებებს: ამ გამოსხივების მთლიანი ენერგია ძალიან მაღალია და მისი სპექტრი არ არის მსგავსი. ან ვარსკვლავების სპექტრი ან რადიო წყაროების სპექტრი. ეს, ისევე როგორც ციურ სფეროზე ინტენსივობის რყევების თითქმის სრული არარსებობა (მცირე მასშტაბის კუთხური რყევები), ადასტურებს მიკროტალღური ფონის გამოსხივების კოსმოლოგიურ, რელიქტურ წარმოშობას.

ფონური გამოსხივება იზოტროპულია მხოლოდ „გაფანტულ“ გალაქტიკებთან დაკავშირებულ კოორდინატულ სისტემაში, ე.წ. თანმხლები საცნობარო სისტემა (ეს სისტემა ფართოვდება სამყაროსთან ერთად). ნებისმიერ სხვა კოორდინატულ სისტემაში რადიაციის ინტენსივობა დამოკიდებულია მიმართულებაზე. ეს ფაქტი ხსნის მზის სიჩქარის გაზომვის შესაძლებლობას მიკროტალღური ფონის გამოსხივებასთან დაკავშირებულ კოორდინატულ სისტემასთან მიმართებაში. მართლაც, დოპლერის ეფექტის გამო, მოძრავი დამკვირვებლისკენ გავრცელებულ ფოტონებს უფრო მეტი ენერგია აქვთ, ვიდრე მათ, ვინც მას ეწევა, მიუხედავად იმისა, რომ სისტემაში, რომელიც ასოცირდება m.f. ი., მათი ენერგიები თანაბარია. ამრიგად, ასეთი დამკვირვებლის გამოსხივების ტემპერატურა დამოკიდებულია მიმართულებაზე. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების დიპოლური ანიზოტროპია, რომელიც დაკავშირებულია მზის სისტემის მოძრაობასთან ამ გამოსხივების ველთან მიმართებაში, ახლა მყარად არის დადგენილი: თანავარსკვლავედის ლომის მიმართულებით, რელიქტური გამოსხივების ტემპერატურა 3,5 მკკ-ით მეტია. საშუალოზე, ხოლო საპირისპირო მიმართულებით (მერწყულის თანავარსკვლავედი) საშუალოზე დაბალია. შესაბამისად, მზე (დედამიწასთან ერთად) მოძრაობს მ.ფ. და. ლომის თანავარსკვლავედისკენ დაახლოებით 400 კმ/წმ სიჩქარით. დაკვირვების სიზუსტე იმდენად მაღალია, რომ ექსპერიმენტატორებმა დააფიქსირეს დედამიწის სიჩქარე მზის გარშემო 30 კმ/წმ. გალაქტიკის ცენტრის ირგვლივ მზის სიჩქარის გათვალისწინება საშუალებას გვაძლევს განვსაზღვროთ გალაქტიკის სიჩქარე ფონის რადიაციასთან შედარებით, ეს არის დაახლოებით 600 კმ/წმ. შორეული ინფრაწითელი გამოსხივების სპექტროფოტომეტრი (FIRAS) NASA-ს Cosmic Background Explorer (COBE) თანამგზავრზე, ზუსტი გაზომვები აქვს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრს. ეს გაზომვები იყო შავი სხეულის სპექტრის ყველაზე ზუსტი გაზომვები დღემდე. ყველაზე დეტალური რუკა CMB გამოსხივება აშენდა ამერიკული WMAP კოსმოსური ხომალდის მუშაობის შედეგად.

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრი, რომელიც ავსებს სამყაროს, შეესაბამება აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრს, რომლის ტემპერატურაა 2,725. კ. მისი მაქსიმუმი ხდება 160,4 გჰც სიხშირეზე, რაც შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 1,9 მმ. ის იზოტროპულია 0,001%-მდე - სტანდარტული ტემპერატურის გადახრა არის დაახლოებით 18 μK. ეს მნიშვნელობა არ ითვალისწინებს დიპოლურ ანიზოტროპიას (განსხვავება ყველაზე ცივ და ცხელ რეგიონს შორის არის 6,706 mK), რომელიც გამოწვეულია გამოსხივების დოპლერის სიხშირის ცვლით ჩვენივე სიჩქარის გამო CMB-თან დაკავშირებულ კოორდინატულ სისტემასთან მიმართებაში. დიპოლური ანისოტროპია შეესაბამება მზის სისტემის მოძრაობას თანავარსკვლავედის ქალწულისკენ სიჩქარით? 370 კმ/წმ.

CMB გამოსხივება

ასტრონომიული დაკვირვებები აჩვენებს, რომ ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების სახით გამოსხივების ცალკეული წყაროების გარდა, სამყაროში არის გამოსხივება, რომელიც არ იყოფა ცალკეულ წყაროებად - ფონური გამოსხივება. იგი შეინიშნება ყველა დიაპაზონში ელექტრომაგნიტური სპექტრი. ძირითადად, ფონის გამოსხივება არის ბრწყინვალების ჯამი სხვადასხვა წყაროები(გალაქტიკები, კვაზარები, გალაქტიკათშორისი გაზი), იმდენად შორს, რომ თანამედროვე საშუალებებიასტრონომიულ დაკვირვებებს ჯერ კიდევ არ შეუძლიათ მათი მთლიანი გამოსხივების ცალკეულ კომპონენტებად დაყოფა (გახსოვდეთ, რომ ირმის ნახტომი მე-17 საუკუნემდე სინათლის უწყვეტ ზოლად ითვლებოდა და მხოლოდ 1610 წელს გალილეო გალილეიმ, როდესაც ტელესკოპით გამოიკვლია იგი, აღმოაჩინა, რომ იგი შედგება ინდივიდუალური ვარსკვლავები).

1965 წელს ამერიკელმა რადიო ინჟინრებმა ა.პენზიასმა და რ. უილსონმა აღმოაჩინეს ფონური გამოსხივება მიკროტალღურ დიაპაზონში (ტალღის სიგრძე 300 მკმ-დან 50 სმ-მდე, სიხშირე 6 10 8 ჰც-დან 10 12 ჰც-მდე). ელექტრომაგნიტური ტალღების ამ სიხშირეებზე უბრალოდ არ არსებობს წყაროები, რომლებსაც შეეძლოთ ასეთი სიკაშკაშის ფონური გამოსხივება. ეს გამოსხივება ძალიან ერთგვაროვანია: პროცენტის მეათასედამდე, მისი ინტენსივობა მუდმივია მთელ ცაში. გაითვალისწინეთ, რომ "თოვლის" რამდენიმე პროცენტი, რომელიც ტელევიზორის ეკრანზე ჩნდება მოუწესრიგებელ არხზე, სწორედ მიკროტალღური ფონის გამოსხივებაა.

მიკროტალღური ფონის გამოსხივების მთავარი თვისებაა მისი სპექტრი (ანუ ინტენსივობის განაწილება სიხშირის ან ტალღის სიგრძის ფუნქციით), ნაჩვენებია ნახ. 5.1.2. ამ გამოსხივების სპექტრი ზუსტად ერგება ფიზიკისთვის კარგად ნაცნობ თეორიულ მრუდს - პლანკის მრუდს. ამ ტიპის სპექტრს უწოდებენ შავი სხეულის სპექტრს. ეს სპექტრი დამახასიათებელია სრულიად გაუმჭვირვალე გაცხელებული ნივთიერებისთვის. მიკროტალღური გამოსხივების ტემპერატურა დაახლოებით 3 K (უფრო ზუსტად, 2.728 K). შეუძლებელია პლანკის სპექტრის მიღწევა ნებისმიერი წყაროდან გამოსხივების დამატებით. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრის პლანკის ბუნების ყველაზე საიმედო დადასტურება მიღებული იქნა ამერიკული თანამგზავრის COBE (Cosmic Background Explorer) გამოყენებით 1992 წელს.

პლანკის მრუდის განტოლებას აქვს ფორმა

. (5.1)

აქ ρ ν არის გამოსხივების სპექტრული სიმკვრივე (რადიაციული ენერგია ერთეულ მოცულობაზე და ერთეულ სიხშირის ინტერვალზე), ν არის სიხშირე, h არის პლანკის მუდმივი, c არის სინათლის სიჩქარე, k არის ბოლცმანის მუდმივი, T არის გამოსხივების ტემპერატურა.

მიკროტალღური გამოსხივებასამყაროს სხვაგვარად რელიკვიას უწოდებენ. ეს სახელწოდება განპირობებულია იმით, რომ ის შეიცავს ინფორმაციას ფიზიკური პირობები, მეფობდა სამყაროში იმ დროს, როდესაც ვარსკვლავები და გალაქტიკები ჯერ კიდევ არ იყო ჩამოყალიბებული. ამ გამოსხივების არსებობის ფაქტი იმაზე მეტყველებს, რომ წარსულში სამყაროს თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა, ვიდრე ახლანდელი დრო. ამ დასკვნის დასასაბუთებლად წარმოგიდგენთ შემდეგ ლოგიკურ ჯაჭვს.

  1. ვინაიდან კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრი არის სრულიად შავი სხეულის სპექტრი, ეს გამოსხივება წარმოიქმნება სრულიად გაუმჭვირვალე გახურებული სხეულის მიერ.
  2. ვინაიდან ეს გამოსხივება თანაბრად მოდის ჩვენამდე ყველა მხრიდან, ჩვენ ყველა მხრიდან გარშემორტყმული ვართ რაღაც გაუმჭვირვალე სხეულით.
  3. ამასთან, სამყარო - მისი თანამედროვე ფორმით - თითქმის მთლიანად გამჭვირვალეა რადიოტალღებისთვის მიკროტალღური (მილიმეტრი და სანტიმეტრი) დიაპაზონში. მაშასადამე, მატერია, რომელიც ასხივებს ამ გამოსხივებას, ბევრად უფრო შორს არის ჩვენგან, ვიდრე ნებისმიერი დაკვირვებადი ობიექტი - გალაქტიკები, კვაზარები და ა.შ. გავიხსენოთ პრინციპი „რაც უფრო შორს არის, მით უფრო ღრმაა დროში“, მივდივართ დასკვნამდე, რომ სამყარო სრულიად გაუმჭვირვალე იყო ღრმა წარსულში, როდესაც ვარსკვლავები და გალაქტიკები ჯერ კიდევ არ იყო ჩამოყალიბებული; და რადგან ის გაუმჭვირვალეა, ეს ნიშნავს, რომ ის ძალიან მკვრივია. მიკროტალღური ფონის გამოსხივება იმ შორეული ეპოქიდან შემორჩენილი რელიქვიაა.

გაითვალისწინეთ რომ ამ გამოსხივების თითქმის სრულყოფილი ერთგვაროვნება არის საუკეთესო არგუმენტი კოსმოლოგიური პრინციპის სასარგებლოდ, სამყაროს ჰომოგენურობის სასარგებლოდ დიდი მასშტაბებით.

წარმოგიდგენთ რამდენიმე რაოდენობრივ მონაცემს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის შესახებ. ვიენის კანონის მიხედვით, შავი სხეულის გამოსხივების ტემპერატურა ტალღის სიგრძით, რომლის დროსაც ხდება მაქსიმალური ინტენსივობა λ max, გამოითვლება ფორმულით.

რელიქტური გამოსხივებისთვის λ max =0,1 სმ ამ გამოსხივების კვანტის საშუალო ენერგია არის დაახლოებით 1,05·10 -22 ჯ. ამჟამად, თითოეულში. კუბური მეტრიარის დაახლოებით 4·108 რელიქტური ფოტონი. ეს დაახლოებით მილიარდჯერ მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილაკები (უფრო ზუსტად, პროტონები; ვგულისხმობთ, რა თქმა უნდა, საშუალო სიმკვრივეს).

დროთა განმავლობაში კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურის ცვლილება

გამოვის ვარაუდის დასასაბუთებლად სამყაროს თავდაპირველი ცხელი მდგომარეობის შესახებ, ჩვენ გამოვიყენებთ მონაცემებს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის შესახებ. შევეცადოთ გავიგოთ, როგორი იყო მისი ტემპერატურა წარსულში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოდით გავარკვიოთ, თუ რა ტემპერატურას ჩაიწერს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურაზე დამკვირვებელი გალაქტიკაში წითელ გადანაცვლებით z. ამისათვის ჩვენ ვიყენებთ ფორმულას (2.1) λ=λ 0 (1+z), რომელიც გვიჩვენებს ნებისმიერი (კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ჩათვლით) რადიაციის ტალღის სიგრძის დამოკიდებულებას, რომელიც მოძრაობს გალაქტიკურ სივრცეში წითელ ცვლაზე z და ვიენის კანონი (5.2). T·λ max =0,29 K სმ. ამ ფორმულების კომბინაციით, ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ წითელ ცვლაზე z CMB გამოსხივების ტემპერატურა იყო T

T(z)=T 0 (1+z), (5.3)

სადაც T 0 =2,728 K არის მიმდინარე ტემპერატურა (ანუ z=0-ზე). ამ ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ ადრე კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურა უფრო მაღალი იყო, ვიდრე ახლა.

ასევე არსებობს ამ ნიმუშის პირდაპირი ექსპერიმენტული დადასტურება. ამერიკელმა მეცნიერთა ჯგუფმა გამოიყენა მსოფლიოში ყველაზე დიდი კეკის ტელესკოპი (ჰავაიზე) სარკეით 10 მეტრი დიამეტრით, რათა მიეღოთ ორი კვაზარის სპექტრი წითელ გადაადგილებით z=1.776 და z=1.973. როგორც ამ მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, ამ ობიექტების სპექტრული ხაზები აჩვენებს, რომ ისინი დასხივებულია თერმული გამოსხივებით 7.4 ± 0.8 K და 7.9 ± 1.1 K, შესაბამისად, რაც შესანიშნავად შეესაბამება კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურას. ფორმულიდან (5.3): T(1.776) =7.58 K და T(1.973)=8.11 K. ამავდროულად, სხვათა შორის, ეს ფაქტები დამატებით არგუმენტს იძლევა იმის სასარგებლოდ, რომ მიკროტალღური ფონის გამოსხივება ჩვენამდე მოდის. სამყაროს ძალიან სიღრმეები.

. გეორგი ანტონოვიჩ გამოვი (1904-1968 წწ).

რაც უფრო ახლოსაა დიდ აფეთქებასთან, მით უფრო ცხელია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. z~1000-ზე (ეს წითელი გადანაცვლება შეესაბამება დიდი აფეთქებიდან 300 ათასი წლის მანძილზე დაშორებულ ეპოქას), მისი ტემპერატურა იყო T~3000 K და თითოეულ კუბურ მეტრში იყო დაახლოებით 4·10 17 რელიქტური ფოტონი. ასეთ მძლავრ რადიაციას უნდა მოეხდინა იონიზირებული მთელი გაზი, რომელიც იმ დროს არსებობდა. ასე რომ, სამყაროს შორეულ წარსულში ვარსკვლავები ვერ იარსებებდნენ და მთელი მატერია იყო მკვრივი, ცხელი, გაუმჭვირვალე პლაზმა.

სწორედ ეს განცხადება ქმნის ცხელი სამყაროს თეორიის არსს, რომლის საფუძველი ჩაუყარა გამოჩენილმა ფიზიკოსმა გეორგი ანტონოვიჩ გამოვმა, რომელიც ჩვენს ქვეყანაში დაიბადა და განათლდა, აქ გახდა ცნობილი როგორც ფიზიკოსი, მაგრამ იძულებული გახდა. წლების განმავლობაში ემიგრაციაში წავიდა აშშ-ში სტალინის რეპრესიები. ეს თეორია მოკლედ განიხილება ამ ნაწილში.

სივრცის ზოგადი ფონის ერთ-ერთი კომპონენტი. ელ მაგ. რადიაცია. რ და. ერთნაირად ნაწილდება ციურ სფეროზე და ინტენსივობით შეესაბამება თერმული გამოსხივებააბსოლუტურად შავი სხეული ტემპერატურაზე დაახლ. 3 K, აღმოჩენილი ამერ. მეცნიერები ა. პენზიასი და ... ფიზიკური ენციკლოპედია

CMB გამოსხივება, სამყაროს შევსება, კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3 კ. დაფიქსირდა ტალღებზე რამდენიმე მმ-დან ათეულ სმ-მდე, თითქმის იზოტროპულად. წარმოშობა...... თანამედროვე ენციკლოპედია

ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა სრულიად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურა დაახლ. 3 K. დაფიქსირდა რამდენიმე მმ-დან ათეულ სმ-მდე ტალღებზე, თითქმის იზოტროპულად. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების წარმოშობა დაკავშირებულია ევოლუციასთან... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება- ფონური კოსმოსური რადიო გამოსხივება, რომელიც ჩამოყალიბდა სამყაროს განვითარების ადრეულ ეტაპებზე. [GOST 25645.103 84] თემები, პირობები, ფიზიკური სივრცე. კოსმოსური EN რელიქტური გამოსხივება… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3°K. დაფიქსირდა ტალღებზე რამდენიმე მილიმეტრიდან ათეულ სანტიმეტრამდე, თითქმის იზოტროპულად. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების წარმოშობა... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ავსებს სამყაროს დაკვირვებად ნაწილს (იხ. სამყარო). რ და. არსებობდა უკვე სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე და მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მის ევოლუციაში; მისი წარსულის შესახებ ინფორმაციის უნიკალური წყაროა... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

CMB გამოსხივება- (ლათინური relicium ნარჩენიდან) კოსმოსური ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელმაც დაიწყო მისი განვითარება "დიდი აფეთქების" შემდეგ; ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა სრულიად შავი სხეულის სპექტრთან... ... თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების დასაწყისი

ფონის სივრცე გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურა დაახ. 3 K. დაკვირვებული ტალღებზე რამდენიმედან. მმ-დან ათეულ სმ-მდე, თითქმის იზოტროპული. რ-ის წარმოშობა და. ასოცირდება სამყაროს ევოლუციასთან, წარსულში სამოთხემდე... ... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

თერმული ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა 2,7 კ. რადიაციის წარმოშობა. დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელიც შორეულ წარსულში ჰქონდა მაღალი ტემპერატურადა რადიაციის სიმკვრივე... ... ასტრონომიული ლექსიკონი

კოსმოლოგია სამყაროს ხანა დიდი აფეთქება კონვერტაციული მანძილი CMB მდგომარეობის კოსმოლოგიური განტოლება ბნელი ენერგია ფარული მასა ფრიდმანის სამყარო კოსმოლოგიური პრინციპი კოსმოლოგიური მოდელები ფორმირება ... ვიკიპედია

წიგნები