По суті Космічний мікрохвильовий фон (далі КМФ) є світлом, однак ми не можемо побачити його неозброєним оком. Тип світла, який ми можемо бачити, називається видимим світлом, але існують інші типи світла. Мікрохвилі – це різновид світла, як і рентгенівські промені, за допомогою яких ми перевіряємо наявність зламаних кісток, і радіохвилі, за допомогою яких ми слухаємо музику в машині.
Не пропустіть Чи могли б люди дихати повітрям на Марсі і що відбудеться з астронавтом, який зніме скафандр
Спочатку КМФ був дуже високоенергійним рентгенівським світлом. З часом він втратив енергію та став звичайним мікрохвильовим випромінюванням.
Фактично КМФ – це світло від початку Всесвіту. У цей момент часу Всесвіт був дуже гарячим і щільним та повним частинок, які називаються електронами та протонами. Ці частинки мають електричний заряд, і коли світло досягає однієї з частинок, електричний заряд посилає його в іншому напрямку. Це зупинило світло від дуже далекого подорожі.
Зображення КМФ з телескопа Planck (кольори показують температуру різних плям КМФ) / Фото ESA
Охолодження Всесвіту
З часом Всесвіт розширився й охолонув. Згодом, як тільки Всесвіт став достатньо прохолодним, електрони та протони почали зв’язуватися разом і утворювати атоми водню. Ці атоми не мають електричного заряду, тому вони не впливають на світло так само як електрони та протони. Світло могло проходити крізь них і далі крізь Всесвіт, наче він був абсолютно порожнім.
Всесвіт охолоджувався з однаковою швидкістю всюди, тому цей процес відбувався всюди одночасно. Раптом світло могло подорожувати дуже далеко і швидко з усього Всесвіту одночасно. Це світло все ще подорожує сьогодні, і це саме те, що зараз досягає Землі у вигляді Космічного мікрохвильового фону.
Світло КМФ завжди було у Всесвіті, але воно не могло поширюватися далеко, поки не утворилися перші атоми. Насправді ми знаємо, що воно почало поширюватися через 380 000 років після Великого вибуху. Це звучить як довгий проміжок часу між Великим вибухом і стартом поширення КМФ, але оскільки Всесвіту майже 14 мільярдів років, це сталося, коли Всесвіт був дуже молодим.
КМФ "розповідає" нам багато важливої інформації про те, яким був Всесвіт давно. Згідно з теорією Великого вибуху, ранній Всесвіт був дуже гарячим і сповненим радіації. Коли Всесвіт розширювався і охолоджувався, це випромінювання врешті-решт вивільнилося. Воно навіть має температуру, передбачену теорією Великого вибуху, і тому ми можемо сказати, що КМФ є доказом правильності теорії Великого вибуху.
Випадкове відкриття
Космічний мікрохвильовий фон був виявлений випадково. Двоє американських вчених, Роберт Вілсон і Арно Пензіас, використовували мікрохвильовий телескоп і постійно бачили той самий додатковий сигнал, куди б не направили антену. Вони думали, що додатковий сигнал може бути спричинений несправністю їхнього телескопа – або навіть голубиним калом на їхній антені.
15-метрова рупорна антена Голмделя, яку використали для виявлення КМФ / Фото NASA
Згодом вони зрозуміли, що були першими людьми, які коли-небудь виявили КМФ, існування якого передбачала теорія Великого вибуху. За своє відкриття вони отримали Нобелівську премію.
Читайте на сайті Якби ви могли говорити на Марсі, як би звучав ваш голос – перевірте та послухайте
Відтоді люди відправили багато телескопів у космос, щоб отримати кращі зображення КМФ. Погляд на найстаріше світло у Всесвіті може допомогти нам зрозуміти, як виникло все, що ми бачимо сьогодні.