Kosmisk bakgrundsstrålning

över flera dekader i frekvens och intensitet: 2,725  K.]]

Den kosmiska bakgrundsstrålningen är en isotropisk elektromagnetisk strålning, med våglängd i millimeterområdet, som tolkas som en rest av Big Bang och därmed visar att universum haft en början.

Historia

Bakgrundsstrålningen upptäcktes av en slump när Arno Penzias och Robert Wilson experimenterade med en antenn avsedd för satellitkommunikation. Oavsett åt vilket håll de riktade antennen stördes de av brus. Efter att de uteslutit andra orsaker (till exempel häckande duvor i antennen), kunde de lägga ett samband med kosmologisk teorier.

Redan på 1940-talet förutsåg man att Big Bang skulle efterlämna en värmestrålning. I universums början var strålningen i termodynamisk jämvikt med materia, som då bestod ur ett ogenomskinligt plasma. Med universums vidare expansion, kylde plasmat ner, och de fria elektroner och rekombinerade till atomer (främst väteatomer). Därmed blev universum transparant, något som sker vid temperaturer jämförbara med stjärnors yttemperatur, ungefär 5000 grader. Detta ljus från tiden innan stjärnorna fanns behöll sedan dess sitt spektrum av svartkroppsstrålning, frikopplad från interaktion med materia. Med universums och rymdens expansion blev bara alla våglängder proportionellt längre, den största kosmologiska rödförskjutningen som vi kan observera.

Penzias och Wilsons brus motsvarade en temperatur på ungefär 3 K. Eftersom svartkroppsstrålningens dominanta våglängd enligt Wiens förskjutningslag är proportionell mot temperatur, kunda man dra slutsatsen att universum hade expanderat med en faktor z på ungefär 1000 sedan atomerna hade bildats ur plasma. Härmed fick big bang-teorin starkt stöd och den konkurrerande teorin om ett 'steady state'-universum övergavs.

Penzias och Wilson fick nobelpriset i fysik för sin upptäckt 1978.

Fluktuationer

Bakgrundsstrålningens mycket jämna temperatur och höga isotropi var emellertid besvärande, när det gällde att förklara hur strukturer och galaxer skulle ha kunnat uppstå. Dessutom borde strålningens spektrala fördelning vara beskaffad som en svartkroppsstrålares. NASAn drog därför igång projektet COBE utrustad med spektrometer FIRAS och en temperaturmätare med mycket hög upplösning. 1989 fick man resultat som bekräftade såväl små temperaturvariationer i den kosmiska bakgrundsstrålningen som att dess spektrum är ett mycket precist svartkroppsspektrum. Dessa förhållanden har alltmer stärkt Big Bang-teorins ställning. De mycket små temperaturfluktuationerna är direkt relaterade till kvantfluktuationer i densiteten i det mycket tidiga universum.

För dessa upptäckter belönades de ledande fysikerna George F. Smoot och John C. Mather med nobelpriset i fysik 2006.

Forskningen menar att bakgrundsstrålningen ruvar på flera hemligheter och alltmer förfinade instrument har konstruerats och sänts upp, t ex WMAP. WMAP har i ett par omgångar lämnat stora mängder resultat som gett ytterligare stöd för Big Bang-modellen.

Man har dock inte förstått alla aspekter av bakgrundsstrålningen. Nya resultat [1] hävdar att en känd effekt borde åstadkomma mätbara skuggor som ännu inte hittats, men att data från WMAP bör kunna ge svar även på detta.

Fotnoter

Se även

• Big Bang
• Sunyaev-Zeldovich-effekten
• WMAP