Как объяснить загадочное холодное пятно реликтового излучения

Практика открытия

К началу 1960-х годов космология стала полем битвы двух конкурирующих теорий — большого взрыва и статической (стационарной) вселенной. У модели большого взрыва тогда была проблема — слишком молодой возраст вселенной (около двух миллиардов лет). Эта возрастная проблема делала очень сильными позиции учёных вроде Фреда Хойла, Германа Бонди и Томаса Голда, предлагающих теорию стационарного состояния, которая частично объясняла расширение Хаббла и предлагала новую физику статической вселенной, которая непрерывно создаёт новую материю.

Две теории, большого взрыва и статического состояния дали совершенно разные космологические концепции. В некотором смысле, «стационарная» модель была математически проще; она имела меньше сложных переменных параметров и позволяла делать более конкретные прогнозы.

Но в 1964 году астрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон поставили жирный крест на всех распрях и дали миру железобетонные доказательства модели большого взрыва. Пытаясь откалибровать радиоантенну в Bell Labs, разработанную для обнаружения радиоволн от спутников, они заметили избыточный равномерный шум в небе, в 100 раз превышающий любой ожидаемый ими фон.

Сначала этот факт их сильно расстроил. Учёные посчитали, что тут одно из двух — либо антенна сконструирована неправильно, либо эфир засоряет «шум» с Земли. Они пошли на крайние меры, перебрав конструкцию с нуля и даже удалив всю пыль, мелкий сор и птичий помет из антенны, чтобы избавиться от этого фона. После кропотливой работы они обнаружили, что фон не исчезает. И его источник, не спутники, не Солнце и даже не наша собственная галактика. Он был внегалактическим и всеобъемлющем по своей природе, а его источник оставался загадочным.

В поисках объяснения, они наткнулись на работу астрономов Принстонского университета, которые искали реликтовое излучение в рамках изучения теории Большого Взрыва. Пензиас и Уилсон поняли, что обнаружили именно его. Обе группы опубликовали совместные статьи в «Астрофизическом журнале», описывающие открытие и интерпретирующие его как давно предсказанное космическое микроволновое фоновое излучение. За своё открытие Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии по физике в 1978 году.

Первоначально обнаружение CMB стало источником раздора между сторонниками различных космологических теорий. Сторонники теории большого взрыва утверждали, что это было «реликтовое излучение», оставшееся от Большого взрыва, а сторонники теории статического состояния не сдавались и утверждали, что это лишь «звёздный свет от далёких галактик». Однако к 1970-м годам научный мир окончательно пришёл к консенсусу, приняв модель Большого взрыва в качестве основной.

Рябь

Эти колебания в микроволновом фоне космоса возникли, когда Вселенная была очень горяча. После Большого взрыва космос расширялся и остывал, формировались фотоны, субатомные частицы и, постепенно, — протоны и электроны. Ядра первых легких элементов — водород и немного гелия и лития — сформировались в первые три минуты. В тот момент Вселенная была супом из протонов и электронов, носившихся туда-сюда. Эти частицы были ионизированы, то есть имели электрический заряд: протоны — положительный, электроны — отрицательный, но фотоны рикошетили от заряженных частиц, и потому ранняя Вселенная была густым туманом.

Вселенная охлаждалась. Протоны и электроны стали двигаться медленнее, и примерно через 400 000 лет они смогли соединяться и формировать атомы водорода. Заряженные частицы сливались, и природа космического супа постепенно менялась от ионизированной к электрически нейтральной. Вселенная сделалась морем водорода.

Когда заряженных частиц не осталось, фотоны смогли летать свободно. Мгла рассеялась. Эти самые фотоны, остыв еще больше, теперь составляют микроволновый фон космоса. В то время, согласно красному смещению примерно в тысячу (z = 1000), температура Вселенной была около 3000 К, теперь она примерно в тысячу раз холоднее — приблизительно 3 К.

Откуда взялось реликтовым излучение?

Считается, что по этому излучению можно узнать ответ на вопрос: откуда взялась Вселенная? По сути, реликтовое излучение – это то, что осталось от «строительства Вселенной», когда она начала только зарождаться после расширения плотной горячей плазмы. Для того чтобы проще было понять что такое реликтовое излучение сравним его с остатками человеческой деятельности. К примеру, человек изобретает что-то, другие это покупают, употребляют и выбрасывают отходы. Так вот мусор (тот самый результат жизни человека) – это и есть аналог реликтового излучения. По мусору можно узнать все – где человек был в определенный промежуток времени, что он ел, во что был одет, и даже о чем вел беседу. Также и реликтовое излучение. По его свойствам ученые пытаются построить картину момента большого взрыва, что возможно даст ответ на вопрос: как появилась Вселенная? Но все же, законы сохранения энергии создают определенные разногласия о возникновении вселенной, потому что ничто из ниоткуда не берется и никуда не девается. Динамика нашей вселенной – это переходы, смена свойств и состояний. Это можно наблюдать даже на нашей планете. К примеру, шаровая молния появляется в сгустке облака из частиц воды?! Как? Как так может быть? Никто не может объяснить происхождение тех или иных законов. Есть только моменты открытия этих законов, как и история открытия реликтового излучения.

История исследования

Первое случайное обнаружение

В 1941 году, изучая поглощение света звезды ξ Змееносца молекулами CN в межзвёздной среде, Эндрю Мак-Келлар отметил, что наблюдаются линии поглощения не только для основного вращательного состояния этой молекулы, но и для возбуждённого, причём соотношение интенсивностей линий соответствует температуре CN ~2,3 К. В то время это явление не получило объяснения.

Предсказание

В 1948 году реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. 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 обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь эффективной температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.

Предыстория

В 1955 году аспирант-радиоастроном Тигран Арамович Шмаонов в Пулковской обсерватории под руководством известных советских радиоастрономов С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского провёл измерения радиоизлучения из космоса на длине волны 32 см и экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение. Вывод из этих измерений был таков: «Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона… равна 4 ± 3 К». Шмаонов отмечал независимость интенсивности излучения от направления на небе и от времени. После защиты диссертации он опубликовал об этом статью в неастрономическом журнале «Приборы и техника эксперимента».

Открытие

Результаты Гамова широко не обсуждались. Однако они были вновь получены Робертом Дикке и Яковом Зельдовичем в начале 60-х годов.

В 1964 году это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили прибор, аналогичный радиометру Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке установки выяснилось, что антенна имеет избыточную шумовую температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холмдейла, Дикке с юмором заметил: «Ребята, нас обскакали!» («Boys, we’ve been scooped!»). После совместного обсуждения группы из Принстона и Холмдейла заключили, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё открытие получили Нобелевскую премию.

Исследование неоднородностей

В 1983 году был проведён первый эксперимент, РЕЛИКТ-1, по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года на основании анализа данных эксперимента РЕЛИКТ-1 российские учёные объявили об открытии анизотропии реликтового излучения. Чуть позднее об обнаружении флуктуаций объявили и американские учёные на основании данных эксперимента COBE. В 2006 году за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике руководителям группы COBE Джорджу Смуту и Джону Мазеру, хотя российские исследователи обнародовали свои результаты раньше американцев.

Файл:Cmbr.svg

Спектр реликтового излучения по данным, полученным с помощью инструмента FIRAS на борту спутника COBE (ошибки измерений не видны в масштабе рисунка)

Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения FIRAS, установленный на спутнике NASA Cosmic Background Explorer (COBE), выполнил наиболее точные на сегодняшний день измерения спектра реликтового излучения. Они подтвердили его соответствие спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.

14 мая 2009 года был произведён запуск спутника миссии Планк Европейского космического агентства. Предполагалось, что наблюдения будут продолжаться в течение 15 месяцев с возможным продлением полёта на 1 год, и что обработка результатов этого эксперимента позволит проверить и уточнить данные, полученные WMAP.

Наблюдения реликтового излучения

Радиотелескопы в Антарктиде:

• DASI (Degree Angular Scale Interferometer) (США)
• South Pole Telescope (SPT, «Южный Полярный Телескоп» (ЮПТ), «Телескоп южного полюса») (США)

Космические радиотелескопы:

• РЕЛИКТ-1 (СССР, 1983—1984)
• COBE (США, 1989—1996)
• WMAP‎ (США, 2001—2009)
• Планк (ЕС, 2009—2010, н.в.)

Анализ

Спектр мощности реликтового излучения (распределение энергии по угловым масштабам, то есть по мультиполям. Спектр получен по данным наблюдений: WMAP (2006), Acbar (2004) Boomerang (2005), CBI (2004) и VSA (2004). Розовая область показывает теоретические предсказания.

Анализ реликтового излучения с целью получения его карт, углового спектра мощности, а в конечном итоге космологических параметров, является сложной, вычислительно трудной задачей. Хотя расчёт спектра мощности на основании карты является принципиально простым преобразованием Фурье, представляющим разложение фона по сферическим гармоникам, на практике трудно учитывать шумовые эффекты.

Для анализа данных используются специализированные пакеты:

• HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelization) — пакет приложений, используемый командой WMAP.
• GLESP (Gauss-Legendre Sky Pixelization) — пакет, разработанный в качестве альтернативы HEALPix при участии учёных из России, Германии, Англии и Тайваня.

Каждый пакет использует свой формат хранения карты реликтового излучения и свои методы обработки.

Космический пейзаж

Холодные и горячие пятна, которыми усыпан океан фотонов, возникают из-за материи во Вселенной. В некоторых областях космоса материи больше, чем в других, поэтому фотоны, пролетая сквозь разные участки Вселенной, замедляются чуть по-разному, в зависимости от траектории. Точный узор микроволновых колебаний сообщает нам, до чего неравномерно материя распределялась задолго до того, как появились первые звезды и галактики.

Типичные размеры горячих точек тоже о многом говорят. Самые распространенные занимают около одного градуса в небе, что вдвое больше диаметра полной Луны. Ровно столько и предсказывали теоретики, глядя на распределение материи в современной Вселенной и строя проекцию прошлого, с учетом расширения Вселенной. Это совпадение предсказанного и наблюдаемого предполагает, что лучи света путешествуют сквозь Вселенную по прямой. Астрономы говорят, что Вселенная «плоская», потому что лучи не изгибаются и не отклоняются из-за искажений времени-пространства.

В целом история космического микроволнового фона — один из триумфов теоретиков. До сих пор им удавалось предсказывать его характеристики с поразительной точностью. Но может быть, наблюдатели найдут расхождения — нестыковки в данных о горячих точках со спутника «Планк» или в узорах поляризации, которые получаются в экспериментах, проводимых сейчас на Южном полюсе, на воздушных шарах и с применением специальных радиотелескопов, — расхождения, из которых родится новая физика.

Космический микроволновый фон

Излучение абсолютно черного тела

Угли для шашлыка и конфорки электроплит по мере нагрева до сотен градусов Цельсия краснеют, рыжеют и желтеют. Вольфрамовая нить лампы дневного света сияет белым, достигая более 3000 градусов Цельсия, как на поверхности звезды. С ростом температуры горячие тела сначала светятся красным, затем желтым, а при еще более сильном нагревании — и бело-голубым. Это распределение цветов — излучение абсолютно черного тела, потому что темные материалы лучше всего излучают и впитывают свет. Физики XIX века не могли объяснить, почему это так, независимо от задействованного в эксперименте вещества. Вильгельм Вин, лорд Рэлей и Джеймс Джинс отчасти разрешили эту загадку. Но Рэлей и Джинс предсказывали высвобождение бесконечной энергии на ультрафиолетовых длинах волн и выше — «ультрафиолетовую катастрофу». В 1901 году Макс Планк разобрался с этой неувязкой — объединил физику тепла и света и поделил электромагнитную энергию между субатомными единицами электромагнитного поля, которые назвал квантами. Мысль Планка стала семенем, из которого выросла одна из важнейших областей современной физики — квантовая теория.

Вильгельм Вин

Лорд Рэлей

Джеймс Джинс

Поделиться ссылкой

Ссылки

• Дж. Ф. Смут — Анизотропия реликтового излучения: открытие и научное значение (Успехи Физических Наук (УФН) Т.177 2007, № 12, Нобелевская лекция по физики — 2006 Рус. яз. PDF
• Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Р. А. Сюняев.
• Астронет. Документы с ключевым словом: Реликтовое излучение.
• Реликтовое излучение. Энциклопедия «Кругосвет».
• The Physics of Microwave Background Anisotropies.
• LAMBDA — Legacy Archive for Microwave Background Data Analysis. NASA
• First Year WMAP Technical Papers.
• Сайт о современной космологии.
• Видео «Поляризации реликтового излучения»

Что это такое космическое микроволновое фоновое излучение

В официальной науке реликтовое излучение предпочитают называть «космическим микроволновым фоновым излучением» (англ. cosmic microwave background или сокращённо CMB). «Реликтовым излучением» его начали величать с подачи русского астрофизика И. С. Шкловского, который и ввёл в обиход этот термин.

Если говорить простым языком, CMB — это слабое свечение, которое наполняет Вселенную, падая на Землю и другие космические объекты со всех сторон с почти равномерной интенсивностью. Это остаточная теплота творения — послесвечение большого взрыва, которое течёт в пространстве в течение последних ~14 миллиардов лет, подобно теплу от нагретого камина, огонь, который уже погас.

Реликтовое излучение — это по сути электромагнитные волны, которые разошлись по ткани пространства-времени в самую раннюю космологическую эпоху, и пронизывают весь мир. Считается, что оно образовалось примерно через 380 000 лет после Большого взрыва и несёт информацию о том, как образовались первые звёзды и галактики. Хотя это излучение невидимо с помощью оптических телескопов, радиотелескопы улавливают слабый сигнал (или фон), который является самым сильным в микроволновой области радиоспектра.

Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь). Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области. По данным спутника WMAP

Теория происхождение космического микроволнового фона

Вдохновившись трудами Хаббла и Леметра, украинско-американский физик Георгий Гамов вместе со своими учениками и коллегами Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году разработали свою теорию. Она была основана на их исследованиях гипотетического протекания нуклеосинтеза лёгких элементов (водород, литий и гелий) в условиях очень ранней Вселенной. По сути, они поняли, что для синтеза ядер этих элементов ранняя Вселенная должна была быть не холодной, а наоборот, чрезвычайно горячей.

В известной статье, опубликованной в 1948 году, Ральф Альфер и Георгий Гамов предложили свою модель расширяющейся вселенной. Они утверждали, что ранняя вселенная была горячей и плотной и расширялась от изначально сверхплотного состояния. Учёные успешно рассчитали содержание водорода и гелия, но всё же допустили ошибку. Они считали, что тяжёлые элементы зарождались путём объединения нейтронов. Теперь же мы понимаем, что все элементы тяжелее лития создаются в ядрах звёзд.

Но это уже детали. Основополагающая суть оказалась верна — Вселенная рождена из большого взрыва бесконечно плотной и горячей сингулярности. А из-за её расширения, отголосок этого события должен сохраниться в виде фонового микроволнового излучения с низкой температурой, близкой к абсолютному нулю. Но это сегодня теория считается доминирующей и в ней почти нет сомнений. Тогда она была свежей гипотезой, которая нуждалась в физических доказательствах. И вскоре они появились.

Диполь

Если разбираться, небо не везде одинаковой температуры. Микроволны теплее в одном из полушарий на 2,5 милликельвина — или на одну тысячную долю единицы. Это распределение тепла, открытое вскоре после самого реликтового излучения, называется диполем — из-за двух полюсов: холодного и горячего. Разница температур возникает из-за эффекта Доплера, в силу движения Земли: Солнечная система относительно Вселенной движется со скоростью 600 км/с.

Если всмотреться еще внимательнее, на уровне примерно миллионной доли, небо усыпано горячими и холодными точками. Эта рябь очень интересует астрономов, потому что она возникла вскоре после Большого взрыва. Впервые эти точки заметил «Эксплорер 66» — благодаря ему нам известно множество пятен размером с полную Луну. В 2003 году спутник WMAP  создал более подробную карту, на которой различима более мелкая сыпь. Еще точнее их измеряет другой спутник, «Планк».

Исторические факты изучения реликтового излучения

Антенна с помощью которой Пензиас и Уилсон открыли реликтовое излучение

Впервые о реликтовом излучении упоминал Георгий Антонович Гамов (Джордж Гамов), когда пытался объяснить теорию большого взрыва. Он предполагал, что некое остаточное излучение заполняет пространство постоянно расширяющейся вселенной. В 1941 году, изучая поглощение одной из звезд скопления змееносца, Эндрю Мак-Келлар заметил спектральные линии поглощения света, которые соответствовали температуре 2,7 к. В 1948 году Георгий Гамов, Ральф Альферт и Роберт Герман установили температуру реликтового излучение в 5 К. Позже Георгий Гамов предположил температуру меньше известной в 3 К. Но это было лишь поверхностное изучение этого, на то время никому не известного факта. В начале 60-х годов Роберт Дикке и Яков Зельдович получили те же результаты, что и Гамов фиксируя волны, интенсивность излучения которых не зависела от времени. Пытливому уму ученых пришлось создать специальный радиотелескоп для более точной регистрации реликтового излучения. В начале 80-х годов с развитием космической промышленности реликтовое излучение стали изучать более тщательно с борта космического аппарата. Удалось установить свойство изотропии реликтового излучения (одинаковые свойства во всех направлениях, к примеру, на север 5 шагов за 10 секунд и на юг 5 шагов будут тоже за 10 секунд). На сегодняшний день продолжаются изучения свойств реликтового изучения и историю его возникновения.

Свойства

Файл:WMAP 2006 94 GHz temperature map.png

Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь). Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области. По данным спутника WMAP

Восстановленная карта (панорама) анизотропии реликтового излучения с исключённым изображением Галактики, изображением радиоисточников и изображением дипольной анизотропии. Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области. По данным спутника WMAP

Спектр наполняющего Вселенную реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 кельвина. Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 мм. Оно изотропно с точностью до 0,01 % — среднеквадратичное отклонение температуры составляет приблизительно 18 мкК. Это значение не учитывает дипольную анизотропию (разница между наиболее холодной и горячей областью составляет 6,706 мК), вызванную доплеровским смещением частоты излучения из-за нашей собственной скорости относительно системы отсчёта, связанной с реликтовым излучением. Красное смещение для реликтового излучения немного превосходит 1000.

Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,25 эВ/см3 (4,005×10−14 Дж/м3) или (400-500 фотонов/см3).

Дипольная анизотропия

Ещё в 1969 году было обнаружено, что в реликтовом излучении заметно выделена дипольная составляющая: в направлении созвездия Льва температура этого излучения на 0,1 % выше, чем в среднем, а в противоположном направлении — на столько же ниже. Этот факт интерпретируется как следствие эффекта Доплера, возникающего при движении Солнца относительно реликтового фона со скоростью примерно 370 км/с в сторону созвездия Льва. Поскольку Солнце обращается вокруг центра Галактики со скоростью ~220-230 км/с в сторону созвездия Лебедя, и также совершает движение относительно центра Местной группы галактик (группы галактик, включающей Млечный Путь), это означает, что Местная группа как целое движется относительно реликтового излучения со скоростью примерно (по современным данным) км/с в направлении точки с галактическими координатами , (эта точка располагается в созвездии Гидры).

Файл:Anisotropia dipolar.gif

Карта дипольной анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь). Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области. По данным спутника WMAP

Существуют и альтернативные теории, которые также могут объяснить выделенность дипольной компоненты реликтового излучения.

Предпосылки открытия

История CMB начинается с Эдвина Хаббла, который сделал одно из самых потрясающих открытий 20-го века. В 1929 году он обнаружил, что вселенная расширяется. Сделав вывод, что «спиральные туманности» — это «островные вселенные», а не часть Млечного Пути, Хаббл измерил расстояния до звёзд Цефеиды и доказал, что звёздные объекты существуют и за пределами Солнечной системы. За этим последовало следующее открытие — все галактики, которые наблюдал Хаббл, удалялись от нас, а самые дальние галактики удалялись быстрее всего.

Его изначальные расчёты оказались с погрешностями, но сама концепция оказалась верной — он научно обосновал, что вселенная имеет не статическую, а динамическую природу, и у неё есть начало. Открытие Хаббла пришлось на то время, когда велась бурная работа по моделированию вселенной с использованием недавно разработанной Эйнштейном общей теории относительности.

Любопытно, что сам Эйнштейн сначала был приверженцем статической, а не динамической модели вселенной. Тем не менее, Жорж Леметр, бельгийский учёный и католический священник, доказал, что расширяющаяся вселенная вполне себе вписывается в уравнения Эйнштейна. Вдохновленный этим открытием, Леметр предположил, что Вселенная, началась с распада «первобытного атома». По его мнению, космические остатки этого атома образовали семена звёзд, галактик и других космических структур, которые мы видим сегодня. Но Леметр считал это холодным процессом. Но фундамент уже был заложен, а до открытия теории «горячей вселенной» остаётся ещё несколько десятилетий.

Будущее реликтового излучения

Согласно различным космологическим теориям, Вселенная может в какой-то момент перестать расширяться и начать движение в обратном направлении, завершаясь коллапсом, за которым следует ещё один Большой взрыв. Так гласит так называемая теория Большого сжатия. В другом сценарии, известном как Большой Разрыв, расширение Вселенной в конечном итоге приведёт к разрыву всей материи и разрушению ткани пространства-времени.

Если ни один из этих сценариев не окажется правильным, и Вселенная продолжит расширяться с ускоряющейся скоростью, реликтовое излучение продолжит красное смещение до точки, где оно станет необнаружимым. В этот момент его окончательно перекроет свет первых звёзд, а затем фоновые радиационные поля, созданные другими процессами, которые произойдут в будущем. А сама Вселенная вскоре в конце концов придёт в состояние термодинамического равновесия, или так называемой «тепловой смерти». Но это не точно, ведь если с прошлым всё более или менее ясно, то будущее — непаханая нива для разного рода теорий и гипотез.

Интересные факты, связанные с исследованием реликтового излучения

Максимальная частота реликтового излучения была зарегистрирована в 160,4 ГГц, что равно 1,9 мм волне. А плотность такого излучения составляет 400-500 фотонов на см3. Реликтовое излучение – это самое старое, самое древнее излучение, которое можно наблюдать вообще во вселенной. Каждая частица пролетела 400 000 лет, чтобы достигнуть Земли. Не километров, а лет! По данным наблюдений спутника и математическим расчетам реликтовое излучение как бы стоит на месте, а все галактики и созвездия движутся относительно него с огромной скоростью, порядка сотни километров в секунду. Это как наблюдать в окно движущегося поезда. Температура реликтового излучения в направлении созвездия Льва на 0,1% выше, а в противоположном направлении на 0,1% ниже. Это объясняет движение Солнца в сторону данного созвездия относительно реликтового фона.

Что дает нам изучение реликтового излучения?

Ранняя Вселенная была холодной, очень холодной. Почему Вселенная была такой холодной, и что случилось, когда началось расширение вселенной? Можно предположить, что из-за большого взрыва случился выброс огромного количества сгустков энергии за пределы вселенной, затем Вселенная остыла, почти замерзла, но со временем энергия начала собираться в сгустки снова, и возникла некая реакция, которая и запустила процесс расширения вселенной. Тогда откуда взялась темная материя и взаимодействует ли она с реликтовым излучением? Возможно реликтовое излучение – это результат разложения темной материи, что более логично, чем остаточное излучение большого взрыва. Поскольку темная энергия может являться антиматерией и частицы темной материи, сталкиваясь с частицами материи, образуют в материальном и антиматериальном мире излучение подобно реликтовому. На сегодняшний день это самая свежая, неизученная область науки, в которой можно достичь успехов и запечатлиться в истории науки и общества.

Реликтовое излучение

А теперь – все по порядку. Давайте сначала поговорим о микроволновом фоновом излучении. Кстати, у него есть и другие довольно замысловатые названия: космическое фоновое излучение, космическое микроволновое излучение и разные другие варианты. Но во всех случаях мы всегда говорим об одном и том же явлении. Фоновое микроволновое излучение, или CMB, обнаруживается по всей Вселенной. Аббревиатура CMB происходит от английского cosmic microwave background (космический микроволновый фон).

Буквально всё в этой Вселенной пронизано этим излучением. Оно имеет почти одинаковую интенсивность во всех направлениях. Куда бы Вы ни посмотрели, имея достаточно мощный телескоп, Вы всегда будете сталкиваться с этим излучением. Откуда же оно взялось? Ответ таков: это остаточное тепло Большого взрыва.

С начала двадцатого века существуют две концепции, которые пытаются объяснить строение нашей Вселенной. Одна их них говорит о том, что космос безмерно огромен. Та часть Вселенной, которую мы видим сегодня, представляет собой сферу с радиусом около 45 миллиардов световых лет. И это пространство является лишь крохотной частью Вселенной. Другая концепция утверждает, что свет движется с фиксированной скоростью. Поэтому чем глубже Вы заглядываете в космос, тем дальше во времени Вы наблюдаете.