유럽 우주국 (ESA)의 Planck 위성이 2013 년에 찍은 우주 마이크로파 배경 방사선의 이미지는 하늘을 가로 질러 작은 변화를 보여줍니다
(이미지 : © ESA / Planck Collaboration)
우주 마이크로파 배경 (CMB)은 빅뱅에서 남은 방사선 또는 우주가 시작된 시간 인 것으로 생각됩니다. 이론이 진행되면서 우주가 태어 났을 때 빠른 팽창과 팽창이 일어났다. (오늘날 우주는 여전히 확장되고 있으며 확장 속도는 보이는 위치에 따라 다르게 나타납니다). CMB는 빅뱅에서 남은 열을 나타냅니다.
육안으로 CMB를 볼 수는 없지만 우주 어디에나 있습니다. 매우 영하 2725도 (화씨 459.67도 또는 273.15도)이기 때문에 인간에게는 보이지 않습니다. 이는 전자기 스펙트럼의 마이크로파 부분에서 방사선이 가장 잘 보이는 것을 의미합니다.
기원과 발견
우주는 138 억 년 전에 시작되었으며 CMB는 빅뱅 이후 약 40 만 년으로 거슬러 올라갑니다. 그것은 우주의 초기 단계에서 오늘날의 크기가 단지 100 만분의 1이었을 때의 온도가 극도로 컸기 때문입니다. 이상 NASA에 따르면 절대 영점.
당시 존재하는 모든 원자는 작은 입자 (양성자 및 전자)로 빠르게 분해되었습니다. 광자 (광의 양자를 나타내는 입자 또는 다른 방사선)에서 CMB로부터의 방사선은 전자로부터 산란되었다. NASA는“그러므로 광자들이 짙은 안개를 뚫고 지나가는 것처럼 초기 우주를 돌아 다녔다.
빅뱅 이후 약 380,000 년 후, 우주는 수소가 형성 될만큼 충분히 시원했습니다. CMB 광자는 수소에 의해 거의 영향을받지 않기 때문에, 광자는 직선으로 이동합니다. 우주 론자들은 CMB 광자가 마지막으로 문제를 일으켰을 때 "마지막 산란의 표면"을 말한다. 그 후, 우주는 너무 컸습니다. 우리가 CMB를 매핑 할 때, 우리는 우주가 방사선에 불투명 한 직후 빅뱅 이후 380,000 년을 거슬러 올라갑니다.
NASA에 따르면 미국 우주 론자 랄프 애퍼 (Ralph Apher)는 1948 년 로버트 허먼 (Robert Herman)과 조지 가모 우 (George Gamow)와 함께 일할 때 CMB를 처음 예측했다. 연구팀은 빅뱅 핵 합성 또는 가장 가벼운 수소 동위 원소 (유형) 외에 우주의 원소 생산과 관련된 연구를 수행하고있었습니다. 이 유형의 수소는 우주 역사 초기에 만들어졌습니다.
그러나 CMB는 우연히 처음 발견되었습니다. 1965 년 Bell Telephone Laboratories (Arno Penzias와 Robert Wilson)의 두 연구원은 무선 수신기를 제작하고 있었는데, 소음이 심해져 그들은 곧 소음이 하늘 전체에서 균일하게 발생한다는 것을 깨달았습니다. 동시에 Princeton University (Robert Dicke가 이끄는) 팀이 CMB를 찾으려고했습니다. Dicke의 팀은 Bell 실험의 바람을 느끼고 CMB가 발견되었음을 깨달았습니다.
두 팀 모두 1965 년 천체 물리학 저널에 논문을 신속하게 발표했으며, Penzias와 Wilson은 자신이 본 것에 대해 이야기하고 Dicke의 팀은 우주의 맥락에서 그것이 무엇을 의미하는지 설명했습니다. (나중에 Penzias와 Wilson은 1978 년 노벨 물리학상을 수상했습니다).
더 자세히 공부하기
CMB는 초기 우주가 어떻게 형성되었는지를 배우는 데 도움이되므로 과학자들에게 유용합니다. 정확한 망원경으로 작은 변동 만 보이는 균일 한 온도입니다. NASA는 "이러한 변동을 연구함으로써 우주 론자들은 은하의 기원과 대규모 은하의 구조에 대해 배울 수 있고 빅뱅 이론의 기본 매개 변수를 측정 할 수있다"고 말했다.
CMB의 일부가 발견 된 후 수십 년 동안 매핑되었지만, 최초의 우주 기반의 완전 하늘지도는 NASA의 COBE (Cosmic Background Explorer) 미션에서 나 왔으며, 1989 년에 시작되어 1993 년 과학 운영을 중단했습니다. NASA가 부르는 것처럼 우주의”는 빅뱅 이론의 예측을 확인하고 이전에는 볼 수 없었던 우주 구조의 힌트를 보여 주었다. 2006 년 노벨 물리학상은 NASA Goddard 우주 비행 센터의 COBE 과학자 John Mather와 버클리 캘리포니아 대학의 George Smoot에게 수여되었습니다.
2003 년에 WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)가 제공 한보다 상세한지도는 2001 년 6 월에 시작되어 2010 년 과학 데이터 수집을 중단했습니다. 첫 번째 그림은 137 억 년에 우주의 나이를 측정 한 것입니다. 가장 오래된 별이 빅뱅 이후 약 2 억 년 후에 예상보다 훨씬 빨리 빛나기 시작했습니다.
과학자들은 우주의 초기 팽창 단계 (형성 후 1 조 초)를 연구하고 원자 밀도, 우주의 덩어리 및 우주가 형성된 직후의 우주의 다른 속성에 대해 더 정확한 매개 변수를 제공함으로써 이러한 결과를 추적했습니다. 그들은 또한 하늘의 두 반구의 평균 온도에서 이상한 비대칭과 예상보다 큰 "차가운 곳"을 보았습니다. WMAP 팀은 2018 년 기초 물리학에서 혁신적인 상을 수상했습니다.
2013 년 유럽 우주국의 플랑크 (Flanck) 우주 망원경의 데이터가 공개되어 CMB의 최고 정밀도를 보여줍니다. 과학자들은이 정보로 또 다른 수수께끼를 발견했습니다. 큰 각도에서 CMB의 변동은 예측과 일치하지 않습니다. Planck은 또한 WMAP에서 비대칭 및 냉점 측면에서 확인한 내용을 확인했습니다. 플랑크의 2018 년 최종 자료 발표 (2009 년과 2013 년 사이에 수행 된 임무)는 암흑 물질과 암흑 에너지, 즉 우주의 가속을 뒷받침 할 수있는 신비한 힘이 존재하는 것으로 보인다는 증거를 더 많이 보여 주었다.
다른 연구 노력은 CMB의 다른 측면을 보려고 시도했다. 하나는 E- 모드 (2002 년 남극 대륙 기반 각도 스케일 간섭계에 의해 발견됨) 및 B- 모드 라 불리는 편광의 유형을 결정하는 것이다. B 모드는 E 모드의 중력 렌즈 (이 렌즈는 2013 년 남극 망원경에 의해 처음 보임)와 중력파 (2016 년에 Advanced Laser Interferometer 중력파 관측소 (LIGO)를 사용하여 처음 관찰 됨)로 생성 될 수 있습니다. 2014 년 남극에 기반을 둔 BICEP2 기기는 중력파 B 모드를 발견 한 것으로 알려졌지만 추가 관찰 (Planck의 작업 포함)은 이러한 결과가 우주 먼지로 인한 것으로 나타났습니다.
2018 년 중반 현재 과학자들은 빅뱅 직후 짧은 우주가 빠르게 확장되었다는 신호를 찾고 있습니다. 당시 우주는 빛의 속도보다 빠른 속도로 커지고있었습니다. 이런 일이 발생하면, 연구원들은 이것이 일종의 편광을 통해 CMB에서 보일 수 있다고 생각합니다. 그 해의 연구에 따르면, 나노 다이아몬드의 빛이 우주 관측을 방해하는 희미하지만 식별 가능한 빛을 생성한다고 제안했습니다. 이 글이 설명되었으므로, 향후 조사 결과 CMB에서 희미한 분극을 더 잘 찾을 수있을 것이라고 연구 저자들은 당시에 말했다.
추가 자료
- NASA : 빅뱅 테스트 : CMB
