Reliktinis spinduliavimas

Reliktinis spinduliavimas arba kosminė elektromagnetinė foninė spinduliuotė (lot. relictus – paliktas, užsilikęs iš ankstyvųjų Visatos laikų) tai yra elektromagnetinių bangų diapazono šiluminis 2,725 K absoliučiai juodo kūno spinduliavimas su maksimumu mikrobangų srityje ties 160,2 GHz dažniu (bangos ilgis 1,9 mm), užpildantis visą Visatą.

Atradimas

1965 m. A. Penzijas ir R. Vilsonas – du mokslininkai iš amerikiečių „Bell Telephone“ laboratorijos, tyrinėdami radijo triukšmų šaltinius mikrobangų ruože, aptiko iš visų pusių vienodai sklindantį 7,3 cm (kitur rašoma 1 mm) bangos ilgio foninį kosminį radijo spinduliavimą. Šis spinduliavimas nesusijęs su jokiais dangaus kūnais, jo priežastis negali būti kuris nors žinomas fizikinis procesas. Tačiau šis atradimas nuostabiai gerai derinosi su Didžiojo sprogimo hipoteze. Taip turėjo spinduliuoti atsiradusi po sprogimo medžiaga, iš kurios dar nebuvo susidariusios žvaigždės ir galaktikos. Per 13,8 milijardų metų spinduliuotė plėtėsi kartu su besiplečiančia Metagalaktika ir, pasklidusi tolygiai į visas puses, tebeklajoja Visatos erdvėje. Kruopštesniais tyrimais buvo nustatyta, kad tokio spinduliavimo spektrinis pasiskirstymas atitinka absoliučiai juodo kūno, kurio temperatūra yra 2,725 laipsnio aukščiau absoliutinio nulio, spinduliavimą. Už reliktinio spinduliavimo atradimą R. Vilsonas ir A. Penzijas 1978 m. apdovanoti Nobelio premija.

Spinduliavimo prigimtis

Vienintelė šiuo metu žinoma teorija, galinti paaiškinti šį reiškinį, yra Didžiojo sprogimo („Big-Bang“) teorija, kurią suformulavo rusų fizikas A. Fridmanas, o vėliau, 1940 m., išvystė jo mokinys Dž. Gamovas.
Pagal šią teoriją, tolimoje praeityje (prieš 13-14 milijardų metų) visa Visatos materija turėjo būti susikoncentravusi viename taške, kurio tankis ir temperatūra buvo nepaprastai dideli. Tokį tašką astronomai pavadino singuliariniu tašku (lot. singularis – ypatingas). Visata, labiausiai tikėtina, prasidėjo nuo didžiulio sprogimo. Jos plėtimasis lėmė medžiagos tankio ir temperatūros sumažėjimą. Tačiau tuo metu Visata buvo plazmos kamuolys, sudarytas iš fotonų, elektronų ir barionų. Dėl Komptono reiškinio fotonai nuolat sąveikavo su elektronais ir barionais. Dėl to spinduliavimas (fotonai) buvo šiluminėje pusiausvyroje su medžiaga ir jų energetinis spektras atitiko absoliučiai juodo kūno spektrą.
Besiplečiant Visatai, plazma aušo. Maždaug po 400 000 metų, temperatūrai nukritus iki 3000 К, elektronai pradėjo susijungti su vandenilio ir helio branduoliais ir susidarė atomai. Šis procesas vadinamas rekombinacija, o Visatos vystymosi laikotarpis vadinamas rekombinacijos epocha. Kuomet beveik visai neliko laisvų elektronų, spinduliavimas galėjo laisvai plisti faktiškai nesąveikaudamas su medžiaga. Astronomai šį reiškinį vadina spinduliavimo atsiskyrimu nuo medžiagos. Nuo tada iki šių laikų dėl Visatos plėtimosi reliktinio spinduliavimo temperatūra nukrito 1100 kartų ir pasiekė dabartinę 2,725 K vertę.

Reliktinio spinduliavimo anizotropija

Visatos modeliai teigia, kad ankstyvojoje Visatoje turėjo susidaryti tankio ir temperatūros fliuktuacijos. Jos virpėjo, sąveikavo viena su kita (keli rezonansiniai maksimumai paveikslėlyje apačioje) ir žinoma, plėtėsi kartu su Visata. Įvertinta, kad dabartiniais laikais šių fliuktuacijų kampinis dydis danguje turėtų būti 1-1,5 laipsnio, jei erdvė yra euklidinė. Jei Visata būtų uždara, šios fliuktuacijos matytųsi didesniais kampais, jei atvira - mažesniais. Nors šiuo metu temperatūrinių fliuktuacijų dydis yra 10⁻⁵ K, jos yra realiai registruojamos, o WMAP matavimų duomenys patvirtina, kad stebimoji Visata iš tiesų yra euklidinė.