우주 마이크로파 배경은 무엇입니까?

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수천 년 동안, 인간은 우주를 고려하고 그것의 진정한 범위를 결정하려고 노력해 왔습니다. 20 세기까지 과학자들은 우주가 실제로 얼마나 광대하고 (그리고 끝이 없는지) 이해하기 시작했습니다.

우주 론자들은 우주로 더 먼 곳을 들여다보고 더 깊이 돌아 보는 과정에서 정말 놀라운 것을 발견했습니다. 예를 들어, 1960 년대 천문학 자들은 모든 방향에서 감지 할 수있는 마이크로파 배경 복사를 인식하게되었습니다. 우주 전자파 배경 (CMB)으로 알려진이 방사선의 존재는 우주가 어떻게 시작되었는지 이해하는 데 도움이되었습니다.

기술:

CMB는 본질적으로 우주 전체에 스며 든 최초의 우주적 시대에서 남겨진 전자기 방사선입니다. 빅뱅 이후 약 380,000 년이 지난 것으로 추정되며, 최초의 별과 은하가 어떻게 형성되었는지에 대한 미묘한 표시가 포함되어 있습니다. 이 망원경은 광학 망원경을 사용하여 보이지 않지만 무선 망원경은 무선 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 가장 강한 희미한 신호 (또는 빛)를 감지 할 수 있습니다.

CMB는 지구로부터 모든 방향으로 138 억 광년 떨어진 거리에서 볼 수 있으며, 과학자들은 이것이 우주의 실제 시대라고 판단합니다. 그러나 우주의 실제 범위를 나타내는 것은 아닙니다. 우주가 초기 우주 이후로 확장 된 상태에 있고 빛의 속도보다 더 빠르게 확장되고 있다는 점을 감안할 때 CMB는 우리가 볼 수있는 가장 먼 시간입니다.

빅뱅과의 관계 :

CMB는 빅뱅 이론과 현대 우주 모델 (예 : Lambda-CDM 모델)의 중심입니다. 이론이 진행됨에 따라 우주가 138 억 년 전에 태어 났을 때 모든 물질은 무한한 밀도와 극도의 열로 단일 지점에 응축되었습니다. 물질의 열과 밀도가 극도로 높아서 우주의 상태는 매우 불안정했습니다. 갑자기이 점이 확대되기 시작했고 우리가 알고있는 우주가 시작되었습니다.

이때 공간은 양자, 중성자, 전자 및 광자 (빛)로 구성되는 균일 한 백열 플라즈마 입자로 채워졌습니다. 빅뱅 이후 3 억 5 천만에서 1 억 5 천만 년 사이에 광자들은 지속적으로 자유 전자와 상호 작용하여 장거리 여행을 할 수 없었습니다. 그러므로이 시대가 구어체로“어둠의 시대”라고 불리는 이유는 무엇입니까?

우주가 계속 팽창함에 따라, 전자가 양성자와 결합하여 수소 원자 (일명 재결합 기간)를 형성 할 수있는 지점까지 냉각되었다. 자유 전자가 없으면 광자는 우주를 통해 방해받지 않고 움직일 수 있었고 오늘날처럼 나타납니다 (즉 투명하고 빛에 스며 들어 있음). 수십억 년 동안 우주는 계속 확장되고 크게 냉각되었습니다.

공간의 확장으로 인해 광자의 파장이 약 1 밀리미터로 커지고 ( '빨간 편이'가 됨) 유효 온도가 절대 영점 바로 – 2.7 켈빈 (-270 ° C; -454 ° F) 이상으로 감소했습니다. 이 광자는 우주 매거진을 채우고 원적외선 및 무선 파장에서 감지 할 수있는 배경 광선으로 나타납니다.

연구의 역사 :

CMB의 존재는 1948 년 우크라이나 계 미국인 물리학 자 George Gamow와 그의 학생들 인 Ralph Alpher 및 Robert Herman과 함께 이론화되었다.이 이론은 경질 원소 (수소, 헬륨 및 초기 우주에서 리튬). 본질적으로, 그들은이 원소들의 핵을 합성하기 위해 초기 우주는 매우 뜨겁어야한다는 것을 깨달았습니다.

그들은이 매우 더운시기의 남은 방사선이 우주에 스며 들어 감지 될 수 있다고 이론을 세웠다. 그들은 우주의 팽창으로 인해이 배경 방사선이 5K (-268 ° C; -450 ° F)의 저온 (절대 영점보다 단지 5도)이 극초단파 파장에 해당한다고 추정했습니다. 1964 년이 되어서야 CMB에 대한 최초의 증거가 발견되었습니다.

이것은 미국 천문학 자 Arno Penzias와 Robert Wilson이 Dicke 라디오 미터를 사용한 결과였으며, 이들은 라디오 천문학과 위성 통신 실험에 사용하려고했습니다. 그러나 첫 번째 측정을 수행 할 때 4.2K 이상의 안테나 온도는 배경 방사선의 존재로 설명 할 수없고 설명 할 수없는 것으로 나타났습니다. 그들의 발견으로 Penzias와 Wilson은 1978 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

초기에 CMB의 탐지는 서로 다른 우주론 이론의 지지자들 사이의 논쟁의 원천이었다. 빅뱅 이론의 지지자들은 이것이 빅뱅에서 남은“유물 방사선”이라고 주장했지만, 스테디 스테이트 이론 (Stady State Theory)의 지지자들은 그것이 먼 은하에서 흩어진 별빛의 결과라고 주장했다. 그러나 1970 년대에는 빅뱅 해석에 유리한 과학적 합의가 이루어졌다.

1980 년대에 지상 기반 계측기는 CMB의 온도 차이에 대해 점점 더 엄격한 제한을 두었습니다. 여기에는 Prognoz 9 위성 (1983 년 7 월에 발사)에 탑승 한 소련 RELIKT-1 임무와 1992 년에 발견 된 NASA Cosmic Background Explorer (COBE) 임무가 포함되었습니다. COBE 팀은 2006 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

COBE는 또한 중력 불안정성에 의해 생성 된 초기 우주의 대규모 밀도 변화에 해당하는 플라즈마에서 CMB의 첫 번째 음향 피크, 음향 진동을 감지했습니다. 다음 10 년 동안 많은 실험이 이어졌으며, 첫 번째 음향 피크를보다 정확하게 측정하는 것이 목적인 지상 및 풍선 기반 실험으로 구성되었습니다.

두 번째 음향 피크는 여러 실험에 의해 잠정적으로 감지되었지만 2001 년 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)가 배포되기 전까지는 확실하게 감지되지 않았습니다. 2010 년 이래로 여러 미션에서 CMB를 모니터링하여 편광의 소규모 측정 및 밀도 변화를 개선했습니다.

여기에는 DASI (QUaD)의 QUEST 및 Amudsen-Scott South Pole Station의 남극 망원경, 칠레의 Atacama Cosmology Telescope 및 Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) 망원경과 같은 지상 망원경이 포함됩니다. 한편 유럽 우주국은 플랑크 우주선은 우주에서 CMB를 계속 측정합니다.

CMB의 미래 :

다양한 우주 이론에 따르면, 우주는 언젠가는 팽창을 멈추고 반전을 시작하여 붕괴 후 또 다른 빅뱅 (일명 빅뱅)이 뒤 따른다. 빅 크런치 이론. Big Rip으로 알려진 다른 시나리오에서, 우주의 확장은 결국 모든 문제와 시공간 자체가 찢어지게 할 것입니다.

이러한 시나리오 중 어느 것도 맞지 않고 우주가 가속 속도로 계속 확장되면 CMB는 더 이상 감지 할 수없는 지점으로 계속 적색 이동합니다. 이 시점에서, 그것은 우주에서 만들어진 첫 번째 별빛에 의해 추월 될 것이며, 우주에서 미래에 일어날 것으로 추정되는 과정들에 의해 생성 된 배경 복사 장들에 의해 추월 될 것입니다.

우리는 우주 잡지에서 우주 마이크로파 배경에 관한 많은 흥미로운 기사를 썼습니다. 우주 전자파 배경 방사선이란?, 빅뱅 이론 : 우주의 진화, 우주 팽창은 무엇입니까? 가장 빠른 우주, 랜드 마크 발견을 이해하기위한 탐구 : 새로운 결과는 우주 인플레이션에 대한 직접적인 증거를 제공하며, 우주는 얼마나 빨리 확장됩니까? 허블과 가이아는 현재까지 가장 정확한 측정을 위해 협력합니다.

자세한 내용은 NASA의 WMAP 미션 페이지와 ESA의 플랑크 미션 페이지를 확인하십시오.

천문학 캐스트에도 주제에 대한 정보가 있습니다. 들어 봐 : 에피소드 5 – 빅뱅과 우주 마이크로파 배경

출처 :