Kosma fona radiado

En kosmoscienco, la kosma mikroonda fona radiado aŭ relikva radiado estas iuj el la elektromagnetaj ondoj enspacanta la universon. En simpla priskribo se rigardi en la spacon per radioteleskopo, la spaco inter la steloj kaj galaksioj ne estas tute nigra. Anstataŭe estas tre malhela kaj preskaŭ akurate la same hela en ĉiuj direktoj elektromagneta radiado, ne devena de iu stelo aŭ galaksio. Ĉi tiu radiado estas plej forta en la mikroonda parto de la spektro, de ĉi tie estas la nomo kosma mikroonda fona radiado. La nomo relikva radiado venas de la ĉefe teorio kiu eksplikas ĉi tiun radiadon, kiu statas ke la radiado restas de la tre frua universo. Precizaj mezuroj de kosma fona radiado estas gravaj por kosmoscienco, pro tio ke ĉiu proponita modelo de la universo devas ekspliki ĉi tiun observatan radiadon.

Kosma mikroonda fona radiado havas varmecan spektron de nigra korpo kun temperaturo 2,725 K, tial la spektro havas maksimumon en la mikroondoj je frekvenco 160,2 GHz, kiu respondas al ondolongo de 1,9 mm.

Kosma mikroonda fona radiado estas bone eksplikita per teorio de praeksplodo – kiam la universo estis juna, antaŭ kiam aperis steloj kaj planedoj, ĝi estis pli malgranda kaj multe pli varma, kaj plenigita per uniforma varma hidrogena plasmo. Kiam la universo elvolviĝis, ĝi kreskis kaj plimalvarmiĝis – ambaŭ la plasma sin kaj la radiada enspacis ĝin. Kiam la universo sufiĉe malvarmiĝis, stabilaj atomoj povis formiĝi. Ĉi tiuj atomoj jam ne absorbis la radiadon, kaj la universo iĝis travidebla. La fotonoj, kiuj tiam ekzistis, poste disvastiĝis, kvankam iĝante pli malfortaj kaj pli malvarmaj, ĉar la sama kvanto da fotonoj disponis pli kaj pli grandan universon.

Krite, la plasmo estis preskaŭ sed ne tute unuforma, kaj montras tre specifan ŝablonon, kia estas atendebla, se hazard-struktura ruĝe varma gaso disbloviĝas al la amplekso de tiama universo. Tiel la radiado enhavas malgrandajn malizotropecojn, aŭ neregulaĵojn, kiuj varias kun la amplekso de la ekzamenita regiono. Ili estas mezuritaj detale kaj kongruas al tio, kio devus esti atendita, se malgrandaj varmecaj fluktuoj elvolviĝis al la amplekso de la videbla spaco, kiun oni povas rigardi hodiaŭ. Kvankam multaj malsamaj procezoj povus produkti la ĝeneralan formon de nigra-korpa spektro, aliaj modeloj krom la praeksplodo ankoraŭ ne eksplikas ĉi tiujn fluktuojn. Tiel, oni konsideras ĉi tiun radiadon kiel la plej bonan indikaĵon por la praeksploda modelo de la universo (vidu sube pri la malizotropecoj).

La kosma fona radiado estas izotropa je precizeco de proksimume 1/100000: la radiko de averaĝo de kvadrato de la variadoj estas nur 18 µK. Ĉi tio ignoras la malizotropecon, kiu ekestas pro la ŝovo de Doppler de la fona radiado pro stranga rapido de la observanto relative al la kunmovantaj koordinatoj de la radiado. La Suno moviĝas je rapido de 380 km/s direkte al la konstelacio Virgo relative al kunmoviĝantaj koordinatoj de la radiado.

Mezuroj estis faritaj por trovi dekliniĝojn de spektro de kosma fona radiado for la de spektro de nigra korpo kaj diferencoj ne estis trovitaj. La diferencoj, kiuj povas ankoraŭ resti netrovitaj en la kosma fona radiado spektro en ondolongoj inter 0,5 kaj 5 mm, devas havi ponditan radikon de averaĝo de kvadrato de la valoro de la diferenco je 1/20000 (0,005 %) de la maksimuma heleco de la kosma fona radiado. Tiel spektro de la kosma fona radiado estas la plej precize mezurita nigra-korpa spektro en naturo.

La kosma fona radiado, kaj ĝia nivelo de izotropeco, estas ambaŭ antaŭdiroj de praeksploda teorio. En la teorio, post proksimume 10⁻³⁷ sekundoj de sia ekzisto la universo trapasis eksponentan funkcian kreskon, kiu glatigis preskaŭ ĉiujn nehomogenaĵojn, ĉi tio estas proceso de kosma inflacio. La escepto estas nehomogenaĵoj kaŭzitaj per kvantumaj fluktuoj en la inflacia kampo. Ĉi tio estis sekvita per rompado de simetrio, kiu estas speco de faza trairo, post kiu rezultis la fundamentaj fortoj kaj elementaj partikloj en sia nuna formo. Post 10⁻⁶ sekundoj la frua universo konsistis el varma plasmo de fotonoj, elektronoj kaj barionoj. La fotonoj estis konstante interagantaj kun la plasmo per verŝado de Thomson. Kun elvolado de la universo okazis adiabata malvarmiĝo kaj la plasmo malvarmiĝis ĝis tio, ke por elektronoj kaj protonoj estis pli favore formi hidrogenajn atomojn. Ĉi tio okazis je temperaturo de proksimume 3000 K, kiam la universo estis proksimume 379.000 jarojn aĝa. Ĉi tio estas ekvivalento al ruĝenŝoviĝo de z=1088. Ekde ĉi tiu tempo la fotonoj ekflugis preter la jam neŭtralaj atomoj kaj komencis vojaĝi libere tra spaco. Ĉi tiu procezo estas nomata kiel rekombinado (de elektronoj kaj protonoj) en templinio de la praeksplodo aŭ disiĝo de materio kaj radiado.

La kolora temperaturo de la fotonoj poste malkreskis ĝis 2.725 K nun, kaj malkreskas plu, dum la universo elvolviĝas. Laŭ la praeksploda teorio, la radiado de la ĉielo, kiun oni mezuras hodiaŭ, venas de sfera surfaco nomata la surfaco de lasta verŝado. Ĝi estas kolekto de punktoj en spaco-tempo, je kiuj la evento de disiĝo de materio kaj radiado kredeble okazis, kaj la punktoj estas situantaj tiel, ke la fotonoj de ĉi tiu distanco ĝuste trafas la observanton. La pritaksita aĝo de la universo estas 13,7·10⁹ jaroj. Tamen, ĉar la universo daŭris elvolviĝi dum ĉi tiu tempodaŭro, la kunmova distanco de la Suno al rando de la videbla universo estas nun minimume 46,5·10⁹ lumjaroj.

La praeksploda teorio sugestas ke la kosma mikroonda fono enspacas ĉiun videblan spacon, kaj ke la plejparto de la radiada energio en la universo estas en la kosma mikroonda fono, kio estas proksimume 6·10⁻⁵ de la tuteca denseco de la universo. La fotona denso estas 4,7·10⁻³¹ kg m⁻³, la kritika denso estas 7,9·10⁻²⁷ kg m⁻³. La rilatumo de la du valoroj estas 5,9·10⁻⁵.

Du el la plej grandaj sukcesoj de la praeksploda teorio estas antaŭdiro por la kosma fona radiado de ĝia preskaŭ perfekta nigra korpa spektro kaj detaloj de ĝiaj neizotropecoj.

Neizotropecoj de la kosma fona radiado estas mezuritaj tra la tuta ĉielo je angulaj skaloj suben ĝis 0,2 angulaj gradoj. Ĉi tiuj datumoj povas esti uzataj por pritaksi la parametrojn de la norma Λ-CDM modelo de la praeksplodo. Iu informo, inkluzivante de la formo de la Universo, povas esti ricevita simple de la kosma mikroonda fono. Por la aliaj parametroj, inkluzivante de la konstanto de Hubble, la mezuroj ne donas limigojn kaj la aliaj mezuroj devas esti uzataj. La konstanto de Hubble interligas la ruĝenŝoviĝon de galaksioj (interpretis kiel la disira rapido) kiel proporcio de ilia distanco de la observanto.