Objav kozmického mikrovlnného pozadia

Kozmológia

Vesmír · Veľký tresk · Vek vesmíru · Chronológia vesmíru Skorý vesmír Inflácia Nukleosyntéza GWB Neutrínové pozadie Kozmické mikrovlnné pozadie Expanzia vesmíru Červený posun Hubblov zákon Rozpínanie vesmíru Friedmannove rovnice FLRW metrika Vznik štruktúry Tvar vesmíru Vznik štruktúry Reionizácia Vznik a vývoj galaxií Veľká skupina kvazarov Pozorovateľný vesmír Vlákna galaxií Budúcnosť vesmíru Konečný osud vesmíru Budúcnosť expandujúceho vesmíru Komponenty Lambda-CDM model Temná energia Temná hmota História kozmologických teórií Časová os kozmologických teórií História teórie Veľkého tresku Objav kozmického mikrovlnného pozadia Experimenty Pozorovacia kozmológia 2dF SDSS COBE BOOMERanG WMAP Planck Vedci Galilei Kopernik Newton Einstein Hawking Friedman Lemaître Hubble Penzias Bharadwaj Tolman Wilson Gamow Dicke Zel'dovich Aaronson Mather Rubin Penrose Alfvén Smoot Ehlers Ellis Sunyaev Schmidt Suntzeff de Sitter Guth Sociálny dopad Náboženské interpretácie

Náhodný objav žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia (CMBR) je dôležitou súčasťou modernej fyzikálnej kozmológie. Aj keď skoršie teórie predpokladali existenciu CMBR, tak ho pri pokusoch s Homdel Horn Anténou náhodne objavil Arno Penzias a Robert Woodrow Wison. Tento objav je dôkazom rozpínajúceho sa vesmíru a vyvracia model ustáleného stavu. Za tento spoločný objav boli Penzias a Wilson v roku 1978 ocenení Nobelovou cenou za fyziku.

História

Rohová anténa v Bellových laboratóriách, Crawford Hill, NJ

V polovici dvadsiateho storočia existovali dve rozličné kozmologické teórie, ktoré sa pokúšali vysvetliť vznik vesmíru. Jednou bola teória ustáleného stavu, ktorá tvrdila, že vesmír vždy existoval a bude existovať večne a bez väčších zmien. Druhá sa nazýva teória veľkého tresku a predpokladala, že vesmír vznikol obrovskou explóziu pred miliardami rokov (neskôr upresnené na 13,7 miliardy).

Prvá publikácia, ktorá hovorila o CMBR ako o merateľnom jave, bola v roku 1964 práca s názvom "Mean Density of Radiation in the Metagalaxy and Certain Problems in Relativistic Cosmology" od sovietskych astrofyzikov A. G. Doroshkevicha a Igora Novikova.

V roku 1964 Arno Penzias a Robert Wilson, zamestnanci Bellových laboratórii v New Jersey, experimentovali so 6 metrovou, vysoko citlivou, rohovou anténou. Pôvodne bola vyvinutá na detekciu rádiových vĺn odrazených od satelitov Echo. Na zachytenie týchto slabých rádiových vĺn museli odstrániť všetko rozpoznateľné rušenie. Odstránili rušenie spôsobené radarom a rádiovým vysielaním, potlačili aj rušenie spôsobené vlastným teplom prijímača, pomocou chladenia tekutým héliom na teplotu −269 °C.

Časová os objavenia CMB
Dôležité dátumy a osobnosti
1946	George Gamow odhaduje teplotu na 50K
1946	Robert Dicke predpokladá teplotu CMBR "menej ako 20K" (ref: Helge Kragh), neskôr upravené na 45K (ref: Stephen G. Brush)
1948	Ralph Alpher a Robert Herman upravili Gamowov odhad na 5K.
1949	Alpher a Herman opäť upravili Gamowov odhad na 28K.
1960s	Robert Dicke určil teplotu CMBR na 40K (ref: Helge Kragh)
1964	A. G. Doroshkevich a Igor Novikov publikovali prácu, v ktorej označili jav CMBR za zistiteľný.
1960s	Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson odmerali teplotu žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia – 3 K.

Napriek odstráneniu všetkých možných rušivých javov prijímač zachytával stály, slabý, rovnomerný, záhadný šum. Tento zostatkovaý šum bol ale 100krát silnejší, ako predpokladali, a bol rovnomerne rozložený celou oblohou, prítomný v noci aj cez deň. Boli si istí, že detegované žiarenie, s vlnovou dĺžkou 7,35 cm, nepochádza zo Zeme, Slnka ani našej galaxie. Šum pretrvával aj napriek dôkladnej kontrole ich zariadení, odstránení hniezdiacich holubov a ich výkalov. Obaja prišli k záveru, že šum pochádza z priestoru mimo našej vlastnej galaxie, aj keď si nevedeli predstaviť rádiový zdroj, ktorý by to spôsoboval.

Ani nie 60 km odtiaľ sa v tom čase astrofyzici Princetonskej univerzity, Robert H. Dicke, Jim Peebles, a David Wilkinson, pripravovali na hľadanie mikrovlnného žiarenia v tejto oblasti spektra. Dicke a jeho kolegovia tvrdili, že Veľký tresk nerozptýlil iba hmotu, ale musel uvoľniť aj obrovské množstvo žiarenia. Toto žiarenie by malo byť pomocou vhodných nástrojov pozorovateľné, aj keď kvôli červenému posunu len ako mikrovlnné.

Význam svojho objavu si Penzias a Wilson začali uvedomovať až potom ako im ich priateľ (Bernard F. Burke, Prof. fyziky na MIT) povedal o možnosti detekcie zostatkového žiarenia z výbuchu, ktorý vyplnil vesmír pri jeho vzniku. Charakteristika žiarenia, ktoré Penzia a Wilson zachytili, sa presne zhodovala s predpoveďami Roberta Dickeho a jeho kolegov z Princetonskej univerzity. Penzias okamžite kontaktoval Dickeho, a po vzájomnej výmene dát ho pozval na pozorovanie tohoto šumu do Bellových laboratórií. Robert Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll a D. T. Wilkinson identifikovali toto žiarenie ako pozostatok Veľkého tresku.

Výsledky sa rozhodli publikovať spoločne, aby sa vyhli prípadnému konfliktu. Astrofyzikálnemu žurnálu doručili dve správy. V prvej Dicke a jeho spolupracovníci

popísali dôležitosť CMB ako dôkazu Veľkého tresku. V druhej správe s názvom "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Megacycles per Second,", podpísanej Penziasom a Wilsonom, potvrdili existenciu zostatkového šumu a ako možné vysvetlenie navrhli Dickeho teóriu.

Za tento spoločný objav boli Penzias a Wilson v roku 1978 ocenení Nobelovou cenou za fyziku. Cenu zdieľali ešte s Pyotrom Kapistom, ktorý ju získal za iné objavy.

Bibliografia

• AARONSON, Steve. The Light of Creation: An Interview with Arno A. Penzias and Robert W. Wilson. Bell Laboratories Record, January 1979, s. 12–18.
• ABELL, George O.. Exploration of the Universe. 4th ed.. Philadelphia : Saunders College Publishing, 1982.
• ASIMOV, Isaac. Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology. 2nd ed.. New York : Doubleday & Company, Inc., 1982.
• BERNSTEIN, Jeremy. Three Degrees Above Zero: Bell Labs in the Information Age. New York : Charles Scribner's Sons, 1984. ISBN 0-684-18170-3.
• BRUSH, Stephen G.. How Cosmology Became a Science. Scientific American, August 1992, s. 62–60. DOI: 10.1038/scientificamerican0892-62.
• CHOWN, Marcus. A cosmic relic in three degrees. New Scientist, September 29, 1988, s. 51–55.
• CRAWFORD, A.B., D.C. Hogg and L.E. Hunt Project Echo: A Horn-Reflector Antenna for Space Communication. The Bell System Technical Journal, July 1961, s. 1095–1099.
• DICKE, R.H., P. J. E. Peebles, P. J. Roll and D. T. Wilkinson Cosmic Black-Body Radiation. Astrophysical Journal Letters, July 1965, s. 414–419. DOI: 10.1086/148306.
• DISNEY, Michael. The Hidden Universe. New York : Macmillan Publishing Company, 1984. ISBN 0-02-531670-2.
• FERRIS, Timothy. The Red Limit: The Search for the Edge of the Universe. 2nd ed.. New York : Quill Press, 1978.
• FRIEDMAN, Herbert. The Amazing Universe. Washington, DC : National Geographic Society, 1975. ISBN 0-87044-179-5.
• HEY, J.S.. The Evolution of Radio Astronomy. New York : Neale Watson Academic Publications, Inc., 1973. ISBN 0-88202-027-7.
• JASTROW, Robert. God and the Astronomers. New York : W. W. Norton & Company, Inc., 1978. ISBN 0-393-01187-9.
• KIRBY-SMITH, H.T.. U.S. Observatories: A Directory and Travel Guide. New York : Van Nostrand Reinhold Company, 1976. ISBN 0-442-24451-7.
• LEARNER, Richard. Astronomy Through the Telescope. New York : Van Nostrand Reinhold Company, 1981. ISBN 0-442-25839-9.
• PENZIAS, A.A., R. W. Wilson A Measurement Of Excess Antenna Temperature At 4080 Mc/s. Astrophysical Journal Letters, July 1965, s. 419–421. DOI: 10.1086/148307.
• PENZIAS, A.A., R. W. Wilson A Measurement of the Flux Density of CAS A At 4080 Mc/s. Astrophysical Journal Letters, October 1965, s. 1149–1154. DOI: 10.1086/148384.

Externé odkazy

Astronomický portál

• Astronomy and Astrophysics Horn Antenna. Archivované 2004-08-16 na Wayback Machine. National Park Service, Department of the Interior.