Astronomia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Astronomia > Kosmologia  
  Tematy
- Historia astronomii
- Narzędzia i metody astronomii
- Astronomia sferyczna i praktyczna
- Badania kosmiczne
- Układ Słoneczny
- Słońce
- Galaktyki
- Kosmologia
- Wiadomości ogólne
- Paradoksy kosmologiczne
- Rozszerzanie się Wszechświata
- Modele kosmologiczne
- Testy kosmologiczne
- Mikrofalowe promieniowanie tła
- Wielki Wybuch
- Gwiazdozbiory całego roku
- Eseje

  Szukacz




Mikrofalowe promieniowanie tła

Rozszerzanie się Wszechświata prowadzi do systematycznego spadku średniej gęstości materii. Wskutek niestabilności grawitacyjnej materia jest obecnie rozmieszczona bardzo nierównomiernie: istnieją obszary o skrajnie wysokiej gęstości (np. wnętrza gwiazd) i niskiej (przestrzeń z dala od gromad galaktyk - pustki). W początkowych etapach ewolucji Wszechświata materia była rozmieszczona niemal idealnie jednorodnie i wypełniała w formie gazowej całą przestrzeń. Ekspansja gazu prowadzi do obniżenia jego temperatury, sprężanie - do wzrostu. Zatem wcześniejszym chwilom ewolucji Wszechświata odpowiadała większa gęstość i wyższa temperatura materii. Ogrzana materia wysyła promieniowanie. Ilość i częstość emitowanych fotonów zależy od temperatury. Gdy temperatura w wyniku ekspansji spadła do około 3000 kelwinów (K), energie fotonów stały się zbyt małe, aby jonizować pierwotny gaz wodorowo-helowy. Materia pozostająca do tej chwili niemal całkowicie zjonizowana, stosunkowo szybko, w wyniku rekombinacji, zamieniała się w gaz neutralny. Stał się on w tym momencie niemal całkowicie przezroczysty dla promieniowania - niczym nie zatrzymywane fotony zaczęły poruszać się swobodnie i ogromna ich większość przetrwała do naszych czasów; obserwowane obecnie fotony pochodzą z olbrzymich odległości, odpowiadających, zgodnie z prawem Hubble'a, przesunięciu ku czerwieni z 1200. Początkowe długości fali fotonów o typowej energii jonizacji wodoru (ok. 10 eV) uległy zwiększeniu w takiej dokładnie proporcji i obecnie mieszczą się w obszarze 0,5-10 mm, co odpowiada z grubsza zakresowi mikrofal.

Promieniowanie to - pozostałość po gorącym etapie ewolucji Wszechświata - tzw. mikrofalowe albo reliktowe promieniowanie tła zostało odkryte w 1965 r. przez Arno Penziasa i Roberta Wilsona. Od tego czasu w wielkiej liczbie eksperymentów zbadano jego własności i potwierdzono z ogromną dozą prawdopodobieństwa, że promieniowanie to rzeczywiście pochodzi z odległej epoki kosmologicznej. Zgodnie z teoretycznymi przewidywaniami rozkład widmowy promieniowania tła odpowiada ściśle promieniowaniu ciała doskonale czarnego; obecna temperatura promieniowania T = (2,728 0,004) K została wyznaczona na podstawie pomiarów wykonanych przez satelitę COBE. Wysoki stopień izotropii promieniowania reliktowego dowodzi, że wkrótce po Wielkim Wybuchu Wszechświat stanowił twór znacznie bardziej jednorodny niż obecnie. Istniały jednak niewielkie fluktuacje gęstości materii, które w wyniku oddziaływania grawitacyjnego (tzw. niestabilność Jeansa) zwiększały stopniowo swą amplitudę. Proces ten doprowadził w ciągu miliardów lat do powstania wszystkich struktur istniejących obecnie. Odkryte w 1991 r. fluktuacje promieniowania mikrofalowego w skali powyżej 10o o amplitudzie około 30 K (względnej amplitudzie 10-5) wskazują na istnienie niejednorodności gęstości materii o rozmiarach rzędu megaparseka (1 Mpc). Obecne rozmiary tych obszarów wskutek ekspansji Wszechświata wzrosły do 1000 Mpc, czyli są większe od największych znanych struktur związanych z rozmieszczeniem galaktyk.

...powiększenie  >>>
Rozkład widmowy mikrofalowego promieniowania tła ściśle odpowiada promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,728 K. Wykres odpowiada pomiarom COBE. Błędy pomiaru są mniejsze niż szerokość linii.

Mikrofalowe promieniowanie tła ma rozkład izotropowy w układzie odniesienia związanym z materią wczesnego Wszechświata. Ruch swoisty naszej Galaktyki wraz z ruchem Supergromady Lokalnej wprowadza (wskutek efektu Dopplera) charakterystyczną anizotropię, której rozkład pozwala wyznaczyć wektor prędkości obserwatora względem tego układu odniesienia. Prędkość środka masy Układu Słonecznego (US) względem układu promieniowania tła (PT) - czyli układu odniesienia, w którym promieniowanie tła ma rozkład izotropowy - wynosi US-PT = (369,5 3,0) km/s i ma kierunek we współrzędnych równikowych (epoka 2000):
= 11h13m, = -7o. Uwzględniając, że Słońce porusza się w Galaktyce z prędkością bliską 240 km/s w kierunku
21h, 49o, prędkość centrum Galaktyki (CG) względem PT równa się CG-PT = (552 6) km/s w kierunku
10h30m, -24o. Ponieważ całkowita prędkość Słońca w Układzie Lokalnym (UL) wynosi US-UL = (308 23) km/s w kierunku 23h, 52o, Układ Lokalny porusza się względem PT z prędkością UL-PT = (627 22) km/s w kierunku
11h, -27o. Prędkość Układu Lokalnego względem PT jest w granicach błędu zgodna z wyznaczeniami prędkości wielkoskalowych ruchów galaktyk, spowodowanych grawitacyjnym oddziaływaniem sąsiednich supergromad.

W niektórych dziedzinach widma poza mikrofalami obserwuje się również promieniowanie tła o rozkładzie izotropowym, którego pochodzenie nie zawsze udaje się związać z konkretnymi źródłami. Brak pozytywnej identyfikacji z dyskretnymi obiektami wysyłającymi promieniowanie wynika jednak z ograniczeń technicznych, a nie z rzeczywistego ,,rozmytego" charakteru pola promieniowania. Na przykład odkryte w 1962 r. rentgenowskie promieniowanie tła było początkowo badane za pomocą instrumentów o niskiej (1-3o) kątowej zdolności rozdzielczej. W tych skalach kątowych promieniowanie to ma rozkład izotropowy, jednakże użycie teleskopów rentgenowskich o rozdzielczości poniżej 1' ujawniło, że promieniowanie to jest produkowane przez dużą liczbę źródeł dyskretnych. W polu widzenia o rozmiarach rzędu stopnia znajduje się kilkaset obiektów, emitujących około 80% rentgenowskiego promieniowania tła. Obecne teleskopy rentgenowskie nie pozwalają rozróżnić słabszych źródeł, ale z obliczeń modelowych wynika, że takie źródła istnieją i produkują pozostałe 20% strumienia. Identyfikacje optyczne źródeł rentgenowskich wskazują, że blisko 90% promieniowania tła pochodzi od aktywnych jąder galaktyk (głównie kwazarów, galaktyk Seyferta i galaktyk o niskim poziomie aktywności), pozostała część - od gromad galaktyk i populacji galaktyk normalnych. Podobnie, tło rejestrowane w zakresie promieniowania gamma pochodzi zapewne od populacji aktywnych jąder galaktyki lub/i galaktyk, w których zachodzą intensywne procesy gwiazdotwórcze.

Andrzej M. Sołtan

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach