Ακτινοβολία Υποβάθρου ή Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου CMB ονομάζεται η κοσμική ακτινοβολία όλου του φάσματος, από την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου, τις Κοσμικές Ακτίνες Χ, τα Παντοκατευθυντικά Νετρίνα Υποβάθρου, την ακτινοβολία ζώντων και νεκρών αστέρων που διαχέεται στο Σύμπαν και φωτόνια μεταγενέστερα του Κοσμικού Ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων-πρωτονίων κτλ. και δεν έχει συγκεκριμένη κατευθυντικότητα.

Η Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου CMBR αποτελεί τμήμα και όχι το σύνολο της Ακτινοβολίας Υποβάθρου . Είναι μόνο τα παλαιοφωτόνια ή πρωτοφωτόνια ή μικροκυματική ακτινοβολία χαμηλών συχνοτήτων, η οποία απελευθερώθηκε 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη (ΜΕ).

* Γιατί η CMBR αποτελεί την πρωτογενή ακτινοβολία που μπορούμε να ανιχνεύσουμε στο Σύμπαν;

Με την ολοκλήρωση της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης, όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νέο συνέχισε να διαστέλλεται και να ψύχεται, ωστόσο η θερμοκρασία του εξακολουθούσε να παραμένει απαγορευτικά υψηλή για τον σχηματισμό ουδέτερων ατόμων. Γι’ αυτό και η ύλη παρέμενε ιονισμένη και αποτελούνταν από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ελαφρείς ατομικούς πυρήνες, κυρίως υδρογόνου(H) και ήλιου(He). Καθώς όμως τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, αλληλεπιδρούσαν και σκεδάζονταν συνεχώς από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, δεν μπορούσαν να διαφύγουν ελεύθερα στο Διάστημα. Γι’ αυτό και το Σύμπαν παρέμενε αδιαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο αδυνατούμε να διερευνήσουμε αυτήν την πρώιμη εποχή της εξέλιξης του Σύμπαντος με την βοήθεια τηλεσκοπίων που ανιχνεύουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Ωστόσο, 380.000 χρόνια μετά την ΜΕ, η θερμοκρασία του Σύμπαντος είχε μειωθεί σε περίπου 3.000 Κ ή αλλιώς 0.25eV (κάτω από την ελάχιστη ενέργεια ιοντισμού). Τα ηλεκτρόνια άρχισαν να ενώνονται με τα πρωτόνια σχηματίζοντας άτομα υδρογόνου και άτομα ηλίου. Καθώς όμως δεν υπήρχαν πλέον ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα φωτόνια μπορούσαν να διαφύγουν στο Διάστημα, καθιστώντας για πρώτη φορά το Σύμπαν διαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η CMBR είναι τα φωτόνια που εκπέμφθηκαν όταν σχηματίστηκαν τα πρώτα ουδέτερα άτομα.

Έκτοτε, το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται και το αρχέγονο αυτό φως που απελευθερώθηκε έχανε ενέργεια, ενώ το μήκος κύματος των φωτονίων του «ξεχείλωνε» διαρκώς, φτάνοντας σήμερα να αντιστοιχεί στα μικροκύματα.

Αυτά τα φωτόνια αποτελούν πλέον το αρχέγονο φως, που μπορούμε να ανιχνεύσουμε στο Σύμπαν και απαρτίζουν την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (Cosmic Microwave Background Radiation, CMBR).

• Αντιστοιχεί σε ακτινοβολία μέλανος σώματος, θερμοκρασίας 2,73 Κ (Kelvin) και έρχεται από όλες τις κατευθύνσεις.

• Είναι ομοιόμορφη και ισότροπη

• Έχει διακυμάνσεις της τάξεως 10^(-5), οι οποίες, με λεπτομερή στατιστική ανάλυση, μας δίνουν πολλές πληροφορίες για το σύμπαν.

*Η ανακάλυψη και οι διαστημικές αποστολές για τη μελέτη της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου (CMBR)

Η ύπαρξη αυτής της διάχυτης ακτινοβολίας φωτονίων είχε προβλεφθεί θεωρητικά στα τέλη της δεκαετίας του 1940 από τους Gamow, Alpher, Herman, καθώς και άλλους, οι οποίοι μάλιστα υπολόγισαν ότι η θερμοκρασία που της αντιστοιχεί δεν πρέπει να υπερβαίνει τα περίπου 5 Κ πάνω από το απόλυτο μηδεν.

Το 1965 οι Arno Penzias και Robert Wilson ανακάλυψαν τυχαία τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMBR) και τιμήθηκαν για την ανακάλυψη τους αυτή με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1978.

 

Το 1989 εκτοξεύθηκε η πρώτη διαστημική αποστολή, ο COBE (Cosmic Microwave Explorer) της NASA, που σχεδιάστηκε με αποκλειστικό στόχο να μελετήσει την CMBR.

Η ανάλυση των δεδομένων, που συνέλεξε μέχρι το 1992, έδειξε ότι η CMBR ανιχνεύεται απ’ όλες τις κατευθύνσεις στον ουρανό ως ένα σχεδόν ομοιόμορφο «υπόβαθρο» ακτινοβολίας με θερμοκρασία 2,726 K.

Όμως για πρώτη φορά η ανάλυση των δεδομένων του COBE αποκάλυψε ότι, μέσα στην ομοιομορφία της CMBR, υπάρχουν μικροσκοπικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της τάξης του 1/100.000.

Οι διακυμάνσεις αυτές οφείλονται σε μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης εκείνη την εποχή. Αυτές διογκώθηκαν και οδήγησαν, εντέλει, στις γιγάντιες κοσμικές δομές που παρατηρούμε σήμερα.

Καθώς δηλαδή το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται, οι διακυμάνσεις αυτές στην πυκνότητα της ύλης αυξήθηκαν σταδιακά με την επίδραση της βαρύτητας. Έτσι σχηματίστηκαν περιοχές με μεγαλύτερη πυκνότητα, οι οποίες κατέρρευσαν βαρυτικά σχηματίζοντας, μερικές εκατοντάδες εκατ. χρόνια αργότερα, τα πρώτα άστρα και τους πρώτους μικρούς γαλαξίες.

Για τα επιτεύγματά τους αυτά, οι επικεφαλής ερευνητές του COBE John Mather και George Smoot τιμήθηκαν με Νόμπελ Φυσικής το 2006.

Η επικρατέστερη θεωρία που μπορεί να «δημιουργήσει» με «φυσικό» τρόπο αυτές τις διακυμάνσεις, αίροντας παράλληλα τα περισσότερα από τα μεγάλα προβλήματα που ταλανίζουν τη κλασική θεωρία της ΜΕ, είναι η θεωρία του Πληθωριστικού Σύμπαντος.

Το 2001 η NASA εκτόξευσε την διαστημοσυσκευή WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), προκειμένου να μελετηθούν οι διακυμάνσεις που προαναφέραμε, με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια. Τα αποτελέσματα του WMAP βοήθησαν τους επιστήμονες να προσδιορίσουν τις αναλογίες των θεμελιωδών συστατικών του Σύμπαντος και των άλλων παραμέτρων που καθορίζουν την εξέλιξή του, με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση με το COBE.

Τον Μάιο του 2009 εκτοξεύθηκε ο Ευρωπαϊκός δορυφόρος Planck, ο οποίος συνέλεξε δεδομένα, η επιστημονική ανάλυση των οποίων βελτίωσε ακόμα περισσότερο τις εντυπωσιακές και ακριβείς ανακαλύψεις των δεδομένων του WMAP.

*Σύμφωνα με την ανάλυση των δεδομένων :

• Το Σύμπαν έχει ηλικία 13,8 δισ. έτη.
• Η συνηθισμένη «βαρυονική» ύλη, από την οποία αποτελούνται όλα όσα βλέπουμε στο Σύμπαν, αντιστοιχεί μόλις στο 4,9% της συνολικής μάζας και ενέργειας που εμπεριέχει.
• Το 26,8% αντιστοιχεί στη σκοτεινή ύλη και
• το υπόλοιπο 68,3% στη σκοτεινή ενέργεια.

…Τελικά γνωρίζουμε ότι δε γνωρίζουμε το 95% του Σύμπαντος.(!)

Με εξαίρεση, δηλαδή, τις πρωταρχικές στιγμές της εξέλιξης του Σύμπαντος, οι δορυφόροι WMAP και Planck επιβεβαίωσαν με εξαιρετική ακρίβεια, όλες σχεδόν τις προβλέψεις της θεωρίας, ενώ φαίνεται να επιβεβαιώνουν και τις βασικές αρχές της πληθωριστικής διαστολής του.

Πηγές:

https://el.wikipedia.org/…/%CE%9A%CE%BF%CF%83%CE%BC%CE…

https://www.eef.edu.gr/…/i-arhegoni-pyrinosynthesi-kai…/