קרינת הרקע הקוסמית

קרינת הרקע (הידועה גם בשם קרינת הרקע הקוסמית) היא קרינה אלקטרומגנטית, כזו שמקרין גוף שחור בטמפרטורה של 2.7 מעלות קלווין (270.45°- מעלות צלזיוס, שיסומנו להלן באות C).
קרינה זו באה מכל כיוון ביקום והיא נחשבת להוכחה המובהקת ביותר של תאורית המפץ הגדול. אין לבלבל בינה לבין קרינה קוסמית, שהיא שם כללי לכל קרינה שמקורה מחוץ לכדור הארץ.

מקור הקרינה - השחבור מחדש (ריקומבינציה)

ניתן לתאר את היקום בראשיתו כמרק של חומר וקרינה, כלומר, החומר והקרינה היו מצומדים. במילים אחרות, היקום היה צפוף ולוהט כל-כך, עד שכל קרן אור נבלעה מיד בחומר שמסביב. היקום המשיך להתפשט, וככל שהתפשט, התקרר וצפיפותו ירדה. רק אחרי שהתפשט במשך כ- 380,000 שנה, הגיעה הטמפרטורה לכ- 3,000 מעלות קלווין (בערך 2,700 מעלות צלזיוס), כך שאלקטרון ופרוטון יכלו להשתחבר יחד וליצור מימן נייטרלי - ובכך, כבר לא התפזרה הקרינה על האלקטרונים, אלא המשיכה בדרכה, ואנו רואים אותה היום. זו היא למעשה קרינת הרקע הקוסמית. 
תהליך זה נקרא השחבור מחדש (אף על פי שלא היה שחבור קודם לכן, על פי התאוריה הנוכחית, הוא נקרא "השחבור מחדש" מטעמים היסטוריים) והוא תהליך מהיר יחסית. הוא התרחש כמעט בכל מקום ביקום וכמעט באותה עת. למעשה, קרינת הרקע הקוסמית מהווה תמונת מצב של היקום באותה עת. זמן זה נקרא כקליפת הפיזור האחרון, בו הקרינה התפזרה בפעם האחרונה על האלקטרונים והפרוטונים. 
ככל שהיקום מתפשט, האנרגיה והטמפרטורה של היקום מוסחים לאדום, וכיום הקרינה הקוסמית נמדדת ב 2.725 מעלות קלווין (270.424°C-).

המחצית הראשונה של המאה העשרים

הקוסמולוגים ג'ורג' גאמוב, רלף אלפר ורוברט הרמן שיערו שקיימת קרינת רקע. הם טענו שמצבו ההתחלתי של היקום היה כזה שהיה צריך להקרין אנרגיה, כזו שמקרין גוף שחור. האנרגיה אמנם דועכת ומתקררת עם הזמן, אך שרידים שלה אמורים להמצא בכל כיוון. לכאורה נדמה שהקרינה צריכה להגיע רק מכיוון אחד - המקום שבו התרחש המפץ הגדול, אלא שהמפץ לא התרחש במקום מסוים - היקום כולו היה שם, באותו אירוע, והתפשט מאז למה שאנחנו קוראים "היקום הנראה". לכן לפי תאורית המפץ הגדול, הקרינה חייבת להיות נוכחת בכל הכיוונים. (באותה תקופה, לפני שנאספו נתונים מדויקים די הצורך על התרחקות הגלקסיות וקבוע האבל, היה מקובל לחשוב שרגע זה התרחש 300,000 שנה אחרי המפץ הגדול).

שנות השישים

בסופו של דבר, קרינה זו נתגלתה באקראי על ידי שני פיזיקאים מ"מעבדות בל", ארנו פנזיאס ורוברט וילסון, בשנת 1964, בעת שעבדו על דגם חדש של אנטנה. הם גילו רעש רקע של קרינת רדיו שהייתה בעלת עוצמה שווה מכל כיוון. על תגלית חשובה זו, זכו בפרס נובל לפיזיקה.
התגלית הכריעה בין שני המודלים המתחרים, "המצב היציב" ו"המפץ הגדול", עד שכמעט כל הקוסמולוגים שהאמינו במצב היציב, זנחו תאוריה זו. העדויות שהצטברו מאז, שכנעו גם את אחרוני הספקנים מבין הקוסמולוגים.

שנות התשעים ואילך


מעוצמתה הנוכחית של הקרינה בכל כיוון, אפשר להסיק על עצמת הקרינה באותו הרגע, כאשר היקום היה בן 380,000 שנה. אילו הייתה הקרינה מסביב אחידה לחלוטין, כפי שנראה היה בתחילה, היה צריך להסיק שגם היקום היה אחיד לחלוטין באותו רגע מוקדם בזמן - ואז לא ניתן יהיה להסביר את היווצרות הגלקסיות. הגורם היחיד שיכול להסביר היווצרות של גושי חומר מרוכזים, הוא כח הכובד: המשיכה ההדדית בין חלקיקי החומר. היקום היום אינו הומוגני - הגלקסיות מרחפות ומרחקים עצומים מפרידים ביניהן. מכאן שגם היקום בראשיתו לא היה הומוגני - וזה מוכרח להשתקף בקרינת הרקע. 
הלוויין קובי שנשלח בשנת 1992 לחלל, כדי לחקור את קרינת הרקע הקוסמית, היה מצויד במצלמות רגישות מאוד, ובעל מערך מחשבים מתוחכם, שאיפשרו לו לזהות הבדלים דקים בקרינת הרקע ממקומות שונים בחלל. הבדלים אלו הסבירו במידה רבה את מבנה היקום הנוכחי, הגלקסיות המסודרות בצבירי גלקסיות וצבירי גלקסיות המסודרים בצבירי-על. לוויינים נוספים שנשלחו מאוחר יותר, אימתו תצפיות אלה.