Wirtualne laboratorium/Fizyka/Astrofizyka/Promieniowanie tła (CMB) — echo Wielkiego Wybuchu
Nobel 1978 — Penzias, Wilson

Promieniowanie tła (CMB) — echo Wielkiego Wybuchu

Karta opisowa (rozszerzenie poza program) — mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) to „echo" Wielkiego Wybuchu: jednorodne promieniowanie o temperaturze ok. 2,7 K wypełniające cały Wszechświat, odkryte przypadkiem przez Penziasa i Wilsona w 1964 r. (Nobel 1978). Późniejsze precyzyjne pomiary satelity COBE (Mather i Smoot, Nobel 2006) ujawniły drobne fluktuacje temperatury CMB — zalążki dzisiejszych galaktyk.

Promieniowanie tła (CMB) — echo Wielkiego Wybuchu
Fizyka · Astrofizyka · Promieniowanie tła (CMB)
Karta opisowa
Cofnij się w czasie — odległość od t=0t=050 %
Wszechświat przezroczysty — fotony CMB swobodnie lecą przez przestrzeń
temperatura tła
303 K
wiek Wszechświata
11.7 mln lat
przesunięcie z
110
🎯 Wyzwanie: zmierzono promieniowanie tła — cofnij się do tej epoki

Czym jest CMB?

Mikrofalowe promieniowanie tła (ang. Cosmic Microwave Background) to „echo” Wielkiego Wybuchu — jednorodne promieniowanie o temperaturze zaledwie T0≈2,725 KT_0 \approx 2{,}725\ \text{K}, wypełniające dosłownie cały Wszechświat i docierające do nas z każdego kierunku nieba.

Przypadkowe odkrycie (1964)

Arno Penzias i Robert Wilson, testując antenę radiową w Bell Labs, natrafili na tajemniczy, jednorodny szum, którego nie dało się usunąć — nawet po wyczyszczeniu anteny z gołębich odchodów. Okazało się, że to promieniowanie reliktowe, dokładnie takie, jakiego spodziewano się po gorącym Wielkim Wybuchu. Odkrycie to potwierdziło teorię gorącego Wielkiego Wybuchu i przyniosło im Nagrodę Nobla z fizyki w 1978 r.

Skąd bierze się CMB?

Ok. 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat wystygł na tyle (do ok. 3000 K), że elektrony połączyły się z jądrami w neutralne atomy — nastąpiła rekombinacja. Wcześniej gorąca plazma rozpraszała światło; po rekombinacji fotony mogły wreszcie swobodnie polecieć przez przestrzeń. Od tamtej pory Wszechświat się rozszerza, a te same fotony są rozciągane (przesunięcie ku czerwieni) i stygną — dziś obserwujemy je jako promieniowanie mikrofalowe o temperaturze ok. 2,7 K:

T(z)=T0 (1+z)T(z) = T_0\,(1+z)

Satelita COBE i „zalążki galaktyk” (2006)

Późniejsze, znacznie precyzyjniejsze pomiary satelity COBE wykazały, że CMB nie jest całkowicie jednorodne — występują w nim maleńkie fluktuacje temperatury (rzędu jednej stutysięcznej). To właśnie te drobne nierówności gęstości stały się „zalążkami”, z których pod wpływem grawitacji uformowały się dzisiejsze galaktyki i gromady galaktyk. Za tę pracę John Mather i George Smoot otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 2006 r.

Po co Ci to na maturze:

CMB to najmocniejszy dowód obserwacyjny na rzecz teorii Wielkiego Wybuchu i naturalne rozszerzenie tematu kosmologii oraz prawa Hubble’a (v=H0⋅dv = H_0 \cdot d) — obie te rzeczy razem tłumaczą, dlaczego Wszechświat się rozszerza, stygnie i dlaczego widzimy w nim jednorodne promieniowanie reliktowe o dokładnie przewidzianej temperaturze.

Zapamiętaj: CMB = promieniowanie reliktowe o T ≈ 2,7 K, powstałe przy rekombinacji (~380 tys. lat po Wielkim Wybuchu), odkryte przypadkiem przez Penziasa i Wilsona (Nobel 1978), a jego drobne fluktuacje zmierzone przez COBE (Mather, Smoot — Nobel 2006) są zalążkami dzisiejszych galaktyk.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Echo Wielkiego Wybuchu

CMB to jednorodne mikrofalowe promieniowanie wypełniające cały Wszechświat — pozostałość po jego gorącym początku. Odkryli je przypadkiem Penzias i Wilson (1964, Nobel 1978).

Temperatura ~2,7 K

Widmo CMB to niemal idealne promieniowanie ciała doskonale czarnego o temperaturze T≈2,7 KT\approx2{,}7\ \mathrm{K}. Maksimum emisji (prawo Wiena λmax=b/T\lambda_{max}=b/T) wypada w zakresie mikrofal.

Fluktuacje

Satelita COBE (Nobel 2006) wykrył drobne różnice temperatury — zalążki dzisiejszych galaktyk.

Oznaczenia: TT — temperatura promieniowania, λmax\lambda_{max} — długość fali maksimum, bb — stała Wiena.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to promieniowanie tła CMB?

Jednorodne mikrofalowe promieniowanie o temperaturze ok. 2,7 K, pozostałość po Wielkim Wybuchu.

›

Jak je odkryto?

Przypadkiem — Penzias i Wilson w 1964 r. nie mogli wyeliminować „szumu" w swojej antenie, który okazał się CMB.

›

Co pokazały fluktuacje CMB (satelita COBE)?

Drobne różnice temperatury, będące zalążkami dzisiejszych galaktyk i struktur Wszechświata.