Опубликована самая подробная карта реликтового излучения Вселенной


Космология
Изучаемые объекты и процессы
  • Вселенная
  • Наблюдаемая Вселенная
  • Крупномасштабная структура Вселенной Сверхскопления галактик
  • Галактические нити
  • Войды
  • Пузырь Хаббла
История Вселенной
  • Основные этапы развития Вселенной
  • Возраст Вселенной
  • Формирование галактик
Наблюдаемые процессы
  • Расширение Вселенной Космологическое красное смещение
  • Закон Хаббла
  • Ускоренное расширение Вселенной
  • Нуклеосинтез
Теоретические изыскания
  • Гравитационная неустойчивость
  • Космологические модели Космологическая сингулярность
  • Большой взрыв
  • Модель де Ситтера
  • Модель горячей Вселенной
  • Космическая инфляция
  • Уравнение Фридмана Вселенная Фридмана
  • Сопутствующее расстояние
  • Модель Лямбда-CDM
  • Космологическое уравнение состояния
  • Критическая плотность
  • Космологический принцип

Рели́ктовое излуче́ние
(лат. relictum — остаток),
космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение
— равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода. Обладает высокой степенью изотропности и спектром, свойственным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,72548 ± 0,00057 [1].

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Георгием Гамовым в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать эффективную температуру реликтового излучения, остались неизменны. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Термин реликтовое излучение

, который обычно используется в русскоязычной литературе, ввёл в употребление советский астрофизик И. С. Шкловский[2].

Содержание

  • 1 Введение
  • 2 Природа излучения
  • 3 История исследования 3.1 Предсказание
  • 3.2 Предыстория
  • 3.3 Открытие
  • 3.4 Исследование неоднородностей
  • 4 Свойства
      4.1 Дипольная анизотропия
  • 5 Отношение к Большому Взрыву
      5.1 Первичная анизотропия
  • 5.2 Поляризация
  • 5.3 Вторичная анизотропия
  • 6 Наблюдения реликтового излучения
      6.1 Анализ
  • 6.2 Слабые мультиполи
  • 7 Примечания
  • 8 См. также
  • 9 Ссылки
  • 10 Литература
  • 11 Для статьи
  • Космология
    Изучаемые объекты и процессы
    • Вселенная Наблюдаемая Вселенная
    • Возраст Вселенной
    • Крупномасштабная структура космоса
      • Формирование структуры
    • Реликтовое излучение
    • Тёмная энергия
    • Скрытая масса
    Наблюдаемые процессы
    • Космологическое красное смещение
    • Расширение Вселенной
    • Формирование галактик
    • Закон Хаббла
    • Нуклеосинтез
    Теоретические изыскания
    • Космологические модели Космическая инфляция
    • Большой взрыв Хронология Большого взрыва
    • Вселенная Фридмана
      • Сопутствующее расстояние
    • Модель Лямбда-CDM‎
    • Космологический принцип
    • Космологическое уравнение состояния
    • Критическая плотность
    • Форма Вселенной
    • Хронология космологии
    Родственные темы
    • Астрофизика
    • Общая теория относительности
    • Физика элементарных частиц
    • Квантовая гравитация
    • Эволюция
    • Синергетика
    Шаблон: Просмотреть·Обсудить·Изменить
    Электромагнитное излучение
    Синхротронное
    Циклотронное
    Тормозное
    Тепловое
    Монохроматическое
    Черенковское
    Переходное
    Радиоизлучение
    Микроволновое
    Терагерцевое
    Инфракрасное
    Видимое
    Ультрафиолетовое
    Рентгеновское
    Гамма-излучение
    Ионизирующее
    Реликтовое
    Магнито-дрейфовое
    Двухфотонное
    Вынужденное

    Рели́ктовое излуче́ние

    (или
    космическое микроволновое фоновое излучение
    от англ. cosmic microwave background radiation)[1] — космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 .

    Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

    Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из фотонов, электронов и барионов. Благодаря эффекту Комптона, фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, испытывая с ними упругие столкновения и обмениваясь энергией. Таким образом, излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютно чёрного тела.

    По мере расширения Вселенной, космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы и, на определённом этапе, для электронов стало энергетически предпочтительней, соединившись с протонами — ядрами водорода и альфа-частицами — ядрами гелия, сформировать атомы. Этот процесс называется рекомбинацией. Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. С этого момента фотоны перестали рассеиваться теперь уже нейтральными атомами и смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния. Это — самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.

    В результате дальнейшего расширения Вселенной, температура излучения снизилась и сейчас составляет 2,725 К.

    Природа излучения

    Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из электронов, барионов и постоянно излучающихся, поглощающихся и вновь переизлучающихся фотонов. Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, сталкиваясь с ними и обмениваясь энергией — имели место рассеяние Томсона[3] и Комптона[источник не указан 1977 дней

    ]. Таким образом, излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютно чёрного тела.

    По мере расширения Вселенной космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы, и на определённом этапе замедлившиеся электроны получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией). Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет[4]. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение и составляют те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли. Эти фотоны (в связи с уже идущей рекомбинацией) избежали рассеяния и до сих пор достигают Земли через пространство продолжающей расширяться Вселенной. Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния[3]. Это — самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.

    В результате дальнейшего расширения Вселенной эффективная температура этого излучения снизилась почти до абсолютного нуля и сейчас составляет всего 2,725 К.

    Предсказание[править]

    Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К[2]. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь эффективной

    температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.

    Предыстория[править]

    В 1955 году аспирант-радиоастроном Тигран Арамович Шмаонов в Пулковской обсерватории под руководством известных советских радиоастрономов С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского провёл измерения радиоизлучения из космоса на длине волны 32 см и экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение[3]. Вывод из этих измерений был таков: «Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона… равна 4 ± 3 К». Шмаонов отмечал независимость интенсивности излучения от направления на небе и от времени. После защиты диссертации он опубликовал об этом статью в неастрономическом журнале «Приборы и техника эксперимента»[4].

    Открытие[править]

    Результаты Гамова широко не обсуждались. Однако они были вновь получены Робертом Дикке и Яковом Зельдовичем в начале 60-х годов. В 1964 году это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

    В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили прибор, аналогичный радиометру Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке установки выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холдмдейла, Дикке остроумно заметил: «Мы сорвали куш, парни». После совместного обсуждения, группы из Принстона и Холмдейла заключили, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё открытие получили Нобелевскую премию.

    Загадки Вселенной. Анизотропия

    Новые загадки Вселенной. Анизотропия

    Наша вселенная изотропна. По крайней мере так гласит космологический принцип (КП).

    КП — это основное положение современной космологии. В соответствии с КП, одни и те же законы физики справедливы для каждой произвольной точки пространства, и потому в один и тот же момент времени Вселенная (в среднем) выглядит одинаково вне зависимости от места и направления наблюдения.

    Независимость от места наблюдения (то есть равноправие всех точек пространства) называется однородностью. Независимость от направления наблюдений (то есть отсутствие выделенного направления в пространстве) называется изотропией, а её отсутствие — анизотропией.

    Однако, несмотря на успехи теории, вытекающей из КП, имеется множество фактов, свидетельствующих о нарушении КП во Вселенной.

    Весной этого года ученые из Института Макса Планка показали самую четкую и подробную карту ранней Вселенной из всех когда-либо созданных человечеством. Карта была получена из данных, собранных космическим аппаратом Планк. Она показывает температурные колебания в реликтовом излучении, оставшемся после Большого взрыва (событии, когда пространство и время возникли почти 13,82 миллиардов лет назад).

    Реликтовое излучение было обнаружено в 1964 году и предположительно возникло через 380000 лет после Большого взрыва. Фактически реликтовое излучение является снимком ранней Вселенной в тот момент, когда еще не было ни галактик, ни звезд, а только начали появляться первые атомы.

    Астрофизики, изучавшие новые данные, обнаружили некоторые странные свойства РИ, которые они называют «аномалиями», и которые они не могут объяснить. Новые данные телескопа «Планк» показывают аномалии, которые свидетельствуют, что распределение флуктуаций реликтового излучения не столь однородно или изотропно, как это предсказывает классическая теория инфляции. И эти новые результаты могут изменить наши представления и понимание эволюции Вселенной.

    Давайте рассмотрим две загадки (две аномалии) реликтового излучения и еще пять космических аномалии, которые были недавно обнаружены учеными во Вселенной и которые находятся в прямом противоречии с космологическим принципом:

    3агадка 1

    Примером аномалии в реликтовом излучении является обнаруженная телескопом «Планк» асимметрия средних температур в противоположных полушариях неба.

    На картинке аномальные области реликтового излучения отмечены синим и красным цветом, чтобы сделать их более заметными.

    Обнаруженную телескопом «Планк» асимметрию температур нельзя объяснить в рамках классической теории, согласно которой, Вселенная в первый момент своей жизни расширялась изотропно, испытывая лишь небольшие отклонения от этого однородного расширения. Против такого расширения говорит хотя бы тот факт, что на одной половине неба температура реликтового излучения варьируется сильнее, чем на другой.

    3агадка 2

    Загадочная аномалия в реликтовом излучении — это большое холодное пятно на карте ранней Вселенной, впервые обнаруженное зондом WMAP и подтвержденное аппаратом «Планк».

    На картинке это холодное пятно отмечено белым кружком.

    Большое холодное пятно соответствует аномально крупной области с высокой плотностью вещества и пониженной интенсивностью РИ. Наличие такого пятна, как считают некоторые астрофизики, заставляет прийти к выводу, что вскоре после Большого взрыва уже существовал гигантский сгусток материи, и это мало согласуется с классической теорией инфляции. Кроме того, большое холодное пятно распространяется на гораздо больший участок неба, чем это ожидалось ранее.

    В целом само наличие выявленных аномалий реликтового излучения противоречит положениям стандартной модели, что Вселенная должна быть однородной (изотропной) во всех направлениях, куда бы наблюдатель не бросил взгляд. Также это позволяет предполагать наличии другой физики на самых ранних стадиях развития Вселенной. Физики, которая может не соответствовать стандартной модели космологии.

    3агадка 3

    Ученые обнаружили в Космосе крупнейшую, из известных, структуру во Вселенной — скопление квазаров.

    Для путешествия сквозь это скопление квазаров стороннему наблюдателю даже на скорости света потребуется более четырех миллиардов лет! Гигантское скопление квазаров настолько велико, что сам его размер уже приводит к нарушению космологического принципа. Согласно космологического принципа крупномасштабные структуры во Вселенной не должны быть больше 1,2 миллиарда световых лет. Это же скопление квазаров имеет диаметр в 1,63 и длину в 4 миллиарда световых лет. Для сравнения, типичное скопление галактик обычно имеет размер порядка 10 миллионов световых лет.

    На картинке чёрные круги соответствуют квазарам, входящим в Огромную группу, красные крестики — другим группам квазаров.

    3агадка 4

    Астрономы, исследовав более 15000 галактик, сделали вывод о преимущественном направлении вращения спиральных галактик в зависимости от того, в каком галактическом полушарии неба они находятся.

    Через обзорный телескоп были изучены галактики, находящихся от Земли на расстоянии до 600 миллионов световых лет. Выше плоскости Млечного Пути большинство спиральных галактик имели направление вращения против часовой стрелки. Ниже плоскости Млечного Пути галактики имели вращение по часовой стрелке. Но тогда должна вращаться и вся Вселенная целиком.

    Однако подтверждение гипотезы вращения Вселенной имеет очень далеко идущие последствия. Согласно космологического принципа Вселенная однородна и изотропна. Наличие же оси вращения Вселенной означает, что существует центр Вселенной и космосе есть направления, отличные от других! А это фактически противоречит космологическому принципу и теории инфляции.

    3агадка 5

    Был обнаружен гигантских размеров поток галактических кластеров, несущихся со скоростью 1000 километров в секунду в одном направлении.

    Это загадочное явление получило название Тёмный поток, по аналогии с двумя другими тайнами космоса — тёмной материей и тёмной энергией. Позднее ряд учёных из США, Испании и Британии получили дополнительное подтверждение реальности феномена и вычислили новые его параметры.

    Авторы исследования обобщили данные, собранные за пять лет зондом WMAP, снимающим РИ. Ученые утверждают, что аномалия, вероятно, вызвана неравномерной структурой самого пространства-времени в период перед космической инфляцией, то есть в первые мгновения после рождения Вселенной. Это противоречит классическому представлению, что любые флуктуации в том новорождённом сверхплотном мире, который стремительно расширялся должны быть хаотичными и потому не могут иметь каких-то предпочтительных направлений.

    В любом случае выходит, что темный поток – это след от воздействия чего-то, что ныне находится за пределами теоретически возможных наблюдений и в одной из своих возможных интерпретаций может представлять собой огромный след от столкновения нашей Вселенной с другой вселенной.

    3агадка 6

    В созвездии Эридана обнаружена загадочная область, в которой материи в любых ее формах значительно меньше, чем в среднем во Вселенной. Эта область коррелирует с большим холодным пятном на карте реликтового излучения — «Оси Зла».

    Ось зла — гипотетическая протяжённая область космического масштаба, вокруг которой происходит ориентация всей структуры Вселенной. Обнаружено, что флуктуации реликтового излучения в самых больших масштабах расположены не случайным образом, а относительно упорядоченно. Данные о такой анизотропии были получены зондом WMAP в 2005 году. Измерения обсерватории «Планк», проанализированные в 2013 го́ду, подтверждают отклонения. Полученные данные ставят под сомнение «классическую» концепцию возникновения Вселенной (теорию Большого взрыва).

    3агадка 7

    Совсем недавно выяснилось, что Вселенная расширяется совсем неодинаково и в процессе разбегания от нас удаленных галактик нет равноправия по разным направлениям.

    Это может быть напрямую связано с глобальной анизотропией пространства. Так сверхновые имеют наибольшее ускорение в северном галактическом полушарии, в частности, в направлении созвездия Лисички.

    Ученые предполагают, что если анизотропия подтвердится, то современные представления об однородной Вселенной и действующих в ней законах физики придется радикально пересмотреть.

    Исследование неоднородностей[править]

    В 1983 году был проведён первый эксперимент, РЕЛИКТ-1, по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года на основании анализа данных эксперимента РЕЛИКТ-1

    российские учёные объявили об открытии анизотропии реликтового излучения. Тем не менее, в 2006 году Нобелевская премия по физике за это была присуждена американцам, объявившим о подобном открытии тремя месяцами позже на основании данных эксперимента COBE[5][6].

    Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения FIRAS

    , установленный на спутнике NASA Cosmic Background Explorer (COBE), выполнил наиболее точные на сегодняшний день измерения спектра реликтового излучения. Они подтвердили его соответствие спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

    Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.

    14 мая 2009 года был произведён запуск спутника миссии Планк Европейского космического агентства[7][8]. Наблюдения будут продолжаться в течение 15 месяцев; так же возможно продление полёта на 1 год. Обработка результатов этого эксперимента позволит проверить и уточнить данные, полученные WMAP.

    Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь). Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области. Восстановленная карта (панорама) анизотропии реликтового излучения с исключённым изображением Галактики, изображением радиоисточников и изображением дипольной анизотропии. Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области.

    Спектр наполняющего Вселенную реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 кельвина. Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 . Оно изотропно с точностью до 0,01 % — среднеквадратичное отклонение температуры составляет приблизительно 18 мкК. Это значение не учитывает дипольную анизотропию (разница между наиболее холодной и горячей областью составляет 6,706 мК [9]), вызванную доплеровским смещением частоты излучения из-за нашей собственной скорости относительно системы отсчёта, связанной с реликтовым излучением. Дипольная анизотропия соответствует движению Солнечной системы по направлению к созвездию Девы со скоростью ≈ 370 км/с[10]. Красное смещение для реликтового излучения немного превосходит 1000[11].

    История исследования

    Первое случайное обнаружение

    В 1941 году, изучая поглощение света звезды ξ Змееносца молекулами в межзвёздной среде, Эндрю Мак-Келлар отметил[5][6], что наблюдаются линии поглощения не только для основного вращательного состояния этой молекулы, но и для возбуждённого, причём соотношение интенсивностей линий соответствует температуре CN ~2,3 К. В то время это явление не получило объяснения[7].

    Предсказание

    В 1948 году реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К[8]. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь эффективной

    температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.

    Предыстория

    В 1955 году аспирант-радиоастроном Тигран Арамович Шмаонов в Пулковской обсерватории под руководством известных советских радиоастрономов С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского провёл измерения радиоизлучения из космоса на длине волны 32 см и экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение[9]. Вывод из этих измерений был таков: «Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона… равна 4 ± 3 К». Шмаонов отмечал независимость интенсивности излучения от направления на небе и от времени. После защиты диссертации он опубликовал об этом статью в неастрономическом журнале «Приборы и техника эксперимента»[10].

    Открытие

    В 1964 году это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

    В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле[en] (штат Нью-Джерси) построили прибор[en], аналогичный радиометру Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке установки выяснилось, что антенна имеет избыточную шумовую температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холмдейла, Дикке с юмором заметил: «Ребята, нас обскакали!» («Boys, we’ve been scooped!»). После совместного обсуждения группы из Принстона и Холмдейла заключили, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё открытие получили Нобелевскую премию.

    Исследование неоднородностей

    В 1983 году был проведён первый эксперимент, РЕЛИКТ-1, по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года на основании анализа данных эксперимента РЕЛИКТ-1 российские учёные объявили об открытии анизотропии реликтового излучения[11]. Чуть позднее об обнаружении флуктуаций объявили и американские учёные на основании данных эксперимента COBE[12]. В 2006 году за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике руководителям группы COBE Джорджу Смуту и Джону Мазеру, хотя российские исследователи обнародовали свои результаты раньше американцев[13][14][15][16].

    Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения FIRAS, установленный на спутнике NASA COBE, выполнил наиболее точные на сегодняшний день измерения спектра реликтового излучения. Они подтвердили его соответствие спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

    Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.

    14 мая 2009 года был произведён запуск спутника миссии Планк Европейского космического агентства[17][18]. Предполагалось, что наблюдения будут продолжаться в течение 15 месяцев с возможным продлением полёта на 1 год, и что обработка результатов этого эксперимента позволит проверить и уточнить данные, полученные WMAP.

    Дипольная анизотропия[править]

    Наблюдения показали, что в реликтовом излучении заметно выделена дипольная составляющая. Согласно закону Доплера, этот факт интерпретируется как движение местной группы (скопления галактик, включающего Млечный путь) со скоростью 627 ± 22 км/сек относительно фонового реликтового излучения в направлении l = 276 ± 3°, b = 30 ± 3° в галактических координатах[12][13]. Однако, существуют альтернативные теории, которые также могут объяснить выделенность дипольной компоненты реликтового излучения[14].

    Свойства

    Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,25 эВ/см3[21] (4·10−14 Дж/м3) или 400-500 фотонов/см3[22].

    Дипольная анизотропия

    Ещё в 1969 году было обнаружено, что в реликтовом излучении заметно выделена дипольная составляющая: в направлении созвездия Льва температура этого излучения на 0,1 % выше, чем в среднем, а в противоположном направлении — на столько же ниже[23]. Этот факт интерпретируется как следствие эффекта Доплера, возникающего при движении Солнца относительно реликтового фона со скоростью примерно 370 км/с в сторону созвездия Льва. Поскольку Солнце обращается вокруг центра Галактики со скоростью ~220-230 км/с в сторону созвездия Лебедя, и также совершает движение относительно центра Местной группы галактик (группы галактик, включающей Млечный Путь)[24], это означает, что Местная группа как целое движется относительно реликтового излучения со скоростью примерно (по современным данным) 627 ± 22 {\displaystyle 627\pm 22} км/с в направлении точки с галактическими координатами l = 276 ± 3 ∘ {\displaystyle l=276\pm 3^{\circ }} , b = 30 ± 3 ∘ {\displaystyle b=30\pm 3^{\circ }} [25][26] (эта точка располагается в созвездии Гидры[27]).

    Существуют и альтернативные теории, которые также могут объяснить выделенность дипольной компоненты реликтового излучения[28].

    Поляризация[править]

    Реликтовое излучение поляризовано на уровне в несколько мкК . Выделяются E

    -мода (градиентная составляющая) и
    B
    -мода (роторная составляющая)[15] по аналогии с поляризацией электромагнитного излучения.
    E
    -мода может появляться при прохождении излучения через неоднородную плазму вследствие томпсоновского рассеяния.
    B
    -мода, максимальная амплитуда которой достигает всего лишь 0,1 мкК, не может возникать вследствие взаимодействия с плазмой.

    B

    -мода является признаком инфляции вселенной и определяется плотностью первичных гравитационных волн. Наблюдение
    B
    -моды является сложной задачей вследствие неизвестного уровня шума для этой компоненты реликтового излучения, а также за счёт того, что
    B
    -мода смешивается слабым гравитационным линзированием с более сильной
    E
    -модой[16].

    Анализ[править]

    Спектр мощности реликтового излучения (распределение энергии по угловым масштабам, то есть по мультиполям. Спектр получен по данным наблюдений: WMAP (2006), Acbar (2004) Boomerang (2005), CBI (2004) и VSA (2004). Сплошной линией показаны теоретические предсказания.
    Анализ реликтового излучения с целью получения его карт, углового спектра мощности, а в конечном итоге космологических параметров, является сложной, вычислительно трудной задачей. Хотя расчёт спектра мощности на основании карты является принципиально простым преобразованием Фурье, представляющим разложение фона по сферическим гармоникам, на практике трудно учитывать шумовые эффекты.

    Для анализа данных используются специализированные пакеты:

    • HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelization) — пакет приложений, используемый командой WMAP.
    • GLESP (Gauss-Legendre Sky Pixelization) — пакет, разработанный в качестве альтернативы HEALPix при участии учёных из России, Германии, Англии и Тайваня.

    Каждый пакет использует свой формат хранения карты реликтового излучения и свои методы обработки.

    Рейтинг
    ( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: