Kosminen taustasäteily
Wikipedia
Kosminen taustasäteily eli kolmen kelvinin säteily on kaikkalta avaruudesta tulevaa mikroaaltosäteilyä. Se vastaa aallonpituudeltaan sellaista säteilyä, joka tulee noin 2,725 kelvinasteen lämpöisestä mustasta kappaleesta.
Kosminen taustasäteily syntyi maailmankaikkeuden ollessa noin 380 000 vuoden ikäinen, jolloin 2900 kelvinin lämpötilassa ensimmäiset atomit syntyivät ytimistä ja elektroneista muuttaen universumin läpinäkyväksi ja mahdollistaen näin säteilyn kulun. Tätä kutsutaan irtikytkemistapahtumaksi. Säteily, joka alun perin lähti punertavana hohtona, koostuen infrapunasäteilystä ja näkyvästä valosta, on punasiirtymän takia muuttunut lyhytaaltoiseksi radiosäteilyksi. Aallonpituus on sinä aikana ehtinyt kasvaa yli tuhatkertaiseksi, eli taustasäteilyn punasiirtymä z = 1000. Tässä aaltojen venymisprosessissa säilyi kuitenkin säteilyn "mustan kappaleen säteilyn" luonne, mikä teoreettisesti voidaan näyttää toteen. Säteilyn spektri on niin sanottu Max Planckin spektraalikäyrä.
Kosmisen taustasäteilyn olemassaolo ennustettiin 1940-luvulla (George Gamow), ja sattuman kautta sen löysivät radioteleskoopilla amerikkalaiset fyysikot Arno Penzias ja Robert Wilson vuonna 1965. He saivat löydöstään fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 1978. Tähän asti vakaan maailmankaikkeuden hypoteesilla (niin sanottu Steady State) oli ollut vankka puolustajajoukkonsa (muun muassa Sir Fred Hoyle), mutta säteilyn olemassaolon paljastuminen oli merkittävä todiste alkuräjähdyksen puolesta.
Taustasätelyn nimellislämpötila on hieman epäsymmetrisesti jakautunut taivaanpallolla; tämä johtuu paikallisen galaksiryhmän ominaisliikkeestä, joka on noin 600 kilometriä sekunnissa. Doppler-ilmiön seurauksena taivas on hieman lämpimämpi liikkeen suunnassa ja hieman kylmempi vastakkaisessa suunnassa. Kun tätä systemaattisuutta poistetaan, on taustasäteilyn jakauma taivaanpallolla erittäin tasainen eli isotrooppinen.
Huomattava edistysaskel taustasäteilyn tutkimuksessa tapahtui, kun 1989–1996 toiminnassa ollut COBE-satelliitti havaitsi siinä pieniä, noin 0,0005 %:n suuruisia epätasaisuuksia. Ne kertovat aineen tiheysvaihteluista varhaisessa maailmankaikkeudessa, ja niistä arvellaan kasvaneen ne ainetiivistymät, joista gravitaation vaikutuksesta syntyivät galaksit ja suuret galaksirakenteet.
NASAn vuonna 2001 lähettämä WMAP-satelliitti on lähettänyt kymmeniä kertoja COBEa tarkempia tuloksia suuren mittakaavan epätasaisuuksista taustasäteilyssä. NASA ja ESA aikovat lähettää vuonna 2008 yhteistyössä Planck Surveyor -satelliitin, jonka tarkoituksena on havaita myös pienen mittakaavan vaihteluja. Tähän asti niitä on voitu tutkia vain maanpäällisillä interferometreillä (esimerkiksi Andeilla ja Etelämantereella) sekä säähavaintopallojen bolometreillä. Maan pinnalta tehtävien havaintojen ongelmina ovat rajattu näkyvyys, ilmakehän oma lämpösäteily sekä vesi, joka absorboi mikroaaltoja (tähän perustuu mikroaaltouunin toiminta).
Suomessa tätä kosmologiaan liittyvää tutkimusta tekee muun muassa professori Kari Enqvist Helsingin yliopistossa. Suomi osallistuu LFI-instrumentin rakentamiseen ESAn Planck-luotaimeen.
[muokkaa] Lähteet
- CD-Facta 2004
- NASA: LAMBDA - DMR Images
