Реликтовое излучение — что это такое?

реликтовое излучение

Согласно наиболее правдоподобной теории о возникновении Вселенной, ее ранний период был очень горячим. Максимальное выделение тепла происходило через 380 тысяч лет, прошедших после Большого взрыва. Излучение, полученное от первичной вселенской плазмы, хранит много информации о начальном периоде зарождения небесных тел и событиях, происходивших в космосе задолго до образования галактик. Поэтому оно так интересно для исследователей астрономических явлений, которые пытаются заглянуть в далекое прошлое.

Что такое реликтовое излучение?

Латинское слово «реликтовый» переводится, как «остаточный», что говорит о природе космического излучения, как о свидетельстве событий, происходивших со Вселенной около 13,8 миллиардов лет назад. Почти 400 тысяч лет после Большого взрыва субатомные частицы находились в состоянии рекомбинаций, давших в результате определенную структуру микроволнового фона. Отголоски масштабных потрясений остались в космическом пространстве в виде затухающего теплового шума, который невозможно увидеть без специального оборудования.

Микроволновые излучения распространяются во все стороны с одинаковой интенсивностью, обнаруживая себя спектральной окраской, которую приборы считывают при температуре около 2,7 Кельвинов, для абсолютно черных объектов. Иногда астрономы сравнивают реликтовое излучение с отходами, образовавшимися в процессе строительства различных небесных тел, составляющих Вселенную. По их виду, месту нахождения и другим характерным деталям часто можно воссоздать картины, происходившие миллионы лет назад. Таким образом, астрономам удается делать смелые предположения и выводы о закономерностях динамического развития окружающего космоса. Загадка возникновения шаровых молний внутри обычного водяного облака также является следствием определенного закона, который объясняет неожиданный переход материи из одного состояния, в нечто совершенно противоположное.

История открытия и изучения

Один из последователей теории Большого взрыва, астроном Джордж Гамов, впервые ввел в обращение такое понятие, как «реликтовое излучение». Объясняя суть данной теории, он предположил, что колоссальный взрыв не мог пройти без последствий, и во Вселенной должны были остаться свидетельства, в виде некоторых остаточных излучений. Первым из ученых, в 1941-м году, характерные линии спектра поглощаемого света звезды в Скоплении Змееносца обнаружил Э. Мак-Келлар, наблюдавший явление, температура которого соответствовала показателю 2,7 К. Еще не зная наверняка о существовании остаточных микроволн в космическом пространстве, группа ученых, во главе с Д. Гамовым, к 1948-му году, вычислила предполагаемую температуру остаточных волн, значение которой составило 5 К. Позже астроном понизил это значение до 3 К, но речь все еще шла о недоказанном факте.

Рупорно-параболическая антенна в Холмдейле, 1962 год
Рупорно-параболическая антенна в Холмдейле, 1962 год, с помощью которой Пензиас и Уилсон открыли реликтовое излучение

В начале 60-х годов несколько независимых друг от друга астрономов подтвердили выводы Гамова, так как им удалось зафиксировать волны, сила излучения которых не находилась в зависимости от времени. Многим ученым хотелось удостовериться в наличии подтверждения многолетних гипотез. Наконец, в 1965-м году, американцы А. Пензиас и Р. Уилсон сконструировали специальное телескопическое оборудование, снабдив его специальной антенной. Так были зафиксированы микроволновые шумы, которые аппаратура получала со всех сторон. Факт подтверждения теории с помощью технических средств и дальнейшее совершенствование способов изучения, помогли доказать существование реликтового излучения, что стало одним из подтверждений теории Большого взрыва. Еще ближе астрономы приблизились к загадкам остаточного шума Вселенной, когда в 80-х годах появилась возможность проводить наблюдения с помощью аппаратуры, установленной на космические летательные аппараты.

Свойства реликтового излучения

Чтобы представить себе степень поглощения абсолютно черного вещества, способного давать спектр излучения, можно сравнить его с глубиной черноты сажи, охлажденной до температуры 2,75 Кельвина. При любых изменениях условий внешней среды, такое небесное тело всегда будет показывать предельно малое излучение. Оно похоже на оставшееся в помещении тепло от очага, который давно погас, но продолжает распространять равномерно интенсивные волны. Подобное сравнение усиливает такое качество реликтового излучения, как его однородность во всех уголках космоса.

Эти слабые сигналы можно уловить только с помощью радиотелескопа, несмотря на то, что микроволны являются доминирующими во всех областях Вселенной. Фотонов остаточного фона в космосе присутствует намного больше, чем излучаемых всеми вместе существующими небесными телами. На 1 кубический см приходится около 400-500 фотонов. Иногда ученые сталкиваются с аномалиями, подобными холодному пятну, природу которых пока невозможно объяснить.

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

Зачем изучать реликтовое излучение?

На фоне Большого взрыва самым первым появилось тепловое излучение, которое называется «реликтовым» и представляет собой самую древнюю из всех видов материи. Каждый из фотонов остаточного шума приближался к Земле в течение 400 тысяч лет. Однако по более поздним наблюдениям, предполагается, что реликтовое излучение наполняет все пространство Вселенной статичным фоном, относительно которого передвигаются планеты, звезды и галактики. Зная, что остаточная температура в направлении движения созвездия Льва на 0,1% выше, а в противоположном, наоборот, ниже на такую же величину, можно утверждать, что наша Солнечная система движется в сторону этого созвездия. В то же время реликтовый фон остается неподвижным, превращаясь в своеобразную точку отсчета в передвижении космических объектов. Небольшие колебания температуры, которые можно наблюдать с помощью высокоточного телескопического оборудования, астрофизики получают все больше сведений о происхождении целых галактик, в том числе, о «сотворении мира», точкой рождения которого стал Большой взрыв.

Сравнение изображений реликтового излучения
Сравнение изображений реликтового излучения, полученных обсерваториями COBE, WMAP и «Планк».

Поскольку скорость распространения света во Вселенной представляет собой конечную величину, астрофизики фактически могут заглядывать в прошлое эволюции космического пространства. Огромное количество небесных тел окружает нас, но все они располагаются на слишком больших расстояниях. Поэтому люди могут видеть космические объекты такими, какими они являлись в момент излучения сигнала, достигшего Земли через миллионы, а то и через миллиарды лет. Изучая свойства реликтового излучения, можно узнать очень многое о развитии Вселенной, начиная с ее состояния в виде первичного облака раскаленной плазмы. Микроволновый шум остаточного фона является доминирующим в космическом пространстве и дает наиболее полную картину развития Вселенной после Большого взрыва.

Что дает нам реликтовое излучение?

До начала расширения Вселенная не была раскаленной плазмой, а сохраняла очень низкие показатели температуры. Загадкой остается первичный импульс, который положил начало процессу расширения, как бы запустил его. В рамках одного из существующих предположений, говорится, что результатом Большого взрыва стал сильный выброс энергетических сгустков за пределы тогдашних вселенских размеров. Но вскоре Вселенная опять начала замерзать, а разбросанная энергия собиралась в более крупные скопления. Образование массивных сгустков, хранящих энергию взрыва, стало причиной запуска какой-то термоядерной реакции. Поскольку она происходила с выделением большого количества тепла, то Вселенная снова начала процесс расширения.

Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения
Карта (панорама) анизотропии (различные свойства среды в разных направлениях) 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
Карта дипольной анизотропии реликтового излучения
Карта дипольной анизотропии (различные свойства среды в разных направлениях) 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

После более глубокого знакомства с данной теорией, у астрономов возникает вопрос о происхождении темной материи и видах ее взаимодействия с микроволнами реликтового излучения. Поскольку реликтовый фон представляет собой перерожденную или измененную темную материю, находящуюся в определенной стадии разложения, то ее взаимосвязь со своим первичным состоянием становится понятна. Частицы антиматерии, изменившейся в результате Большого взрыва, сталкиваются в космическом пространстве с изначальным веществом черной материи, создавая, таким образом, уникальный вид излучения, одним из проявлений которого является реликтовый шум.

Будущее реликтового излучения

Для современной астрофизической науки теория о природе и происхождении реликтового излучения остается самой тайной и интересной областью для изучения. Оно было запущено около 13,7 миллиардов лет назад, и его физические качества могут многое рассказать о механизмах, двигающих эволюционные процессы в космосе. Поскольку за расширением Вселенной неизбежно должно последовать ее сжатие, которое может закончиться коллапсом, то ученым удастся приоткрыть завесу тайны над будущим нашей Солнечной системы. Если такой сценарий окажется правильным, то в далеком будущем Вселенную ждет разрыв пространственно-временной ткани. В случае дальнейшего расширения, конец также неизбежен, но он произойдет в результате охлаждения Вселенной до состояния «тепловой смерти», а реликтовое излучение сместится до крайней точки, за которой его невозможно будет обнаружить.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector