Language
Country/Area
No result found
العصر الشفاف للكون: ما هو سر فترة إعادة التركيب؟
في الكون المرئي، تعتبر الخلفية الكونية الميكروية (CMB) إشعاع الميكروويف المنتشر الذي يملأ كامل الفضاء المرئي. إن المساحة الخلفية بين المجرات والنجوم التي يتم رصدها بواسطة التلسكوبات البصرية العادية تكون مظلمة بالكامل تقريبًا، ولكن إذا استخدمنا تلسكوبًا راديويًا حساسًا بدرجة كافية، فيمكننا اكتشاف توهج خلفي خافت غير مرتبط بأي نجوم أو مجرات أو أجسام أخرى. هذا الضوء الخافت يكون أكثر كثافة في منطقة الميكروويف من الطيف الكهرومغناطيسي.
في عام 1965، كان الاكتشاف العرضي الذي قام به علماء الفلك الراديوي الأمريكيون أرنو بنزياس وروبرت ويلسون ذا أهمية كبيرة، إذ مثل نهاية عمل العلماء في أربعينيات القرن العشرين. لقد أصبح ظهور إشعاع الخلفية الكونية الميكرويفي دليلاً بارزًا على نظرية الانفجار العظيم. في نموذج الانفجار الكبير للكون، كان الكون المبكر مليئًا ببلازما معتمة، كثيفة، وساخنة من الجسيمات دون الذرية. ومع توسع الكون، بردت هذه البلازما، واندمجت البروتونات والإلكترونات لتشكل ذرات محايدة، معظمها من الهيدروجين. هذه الذرات غير قادرة على تشتيت الإشعاع الحراري عن طريق تشتت تومسون، مما يجعل الكون شفافًا.
وبفضل هذا الحدث الانفصالي الذي حدث في ذلك العصر، أصبحت الفوتونات قادرة على السفر بحرية عبر الفضاء. ومع ذلك، ومع توسع الكون، تنخفض طاقة هذه الفوتونات بسبب الانزياح الأحمر الناتج عن توسع الكون.
هذا ما يسمى "سطح التشتت الأخير" وهو نطاق المسافة الصحيح الذي يمكن عنده استقبال الفوتونات التي تم إصدارها في الأصل أثناء فصل الارتباط. على الرغم من أن الخلفية الكونية الميكروية موحدة تقريبًا، إلا أنها ليست ناعمة تمامًا وتظهر تباينات طفيفة. وقد تم استخدام التجارب الأرضية والفضائية مثل COBE، وWMAP، وPlanck لقياس هذه التفاوتات في درجات الحرارة.
يتم تحديد البنية المتباينة الخواص من خلال التفاعلات المختلفة بين المادة والفوتونات عند نقطة الانفصال، مما يشكل نمطًا مميزًا من النتوءات والانحناءات التي تختلف باختلاف المقياس الزاوي.
يحتوي التوزيع المتباين الخواص للإشعاع الخلفي الكوني الميكروي على مكونات تردد شبكية يمكن تمثيلها بواسطة طيف القدرة الذي يظهر سلسلة من القمم والوديان. تحمل قمم هذا الطيف معلومات أساسية عن الخصائص الفيزيائية للكون المبكر: تحدد القمة الأولى الانحناء العام للكون، في حين توضح القمتان الثانية والثالثة كثافة المادة العادية وما يسمى بالمادة المظلمة.
قد يكون من الصعب استخراج التفاصيل من بيانات الخلفية الكونية الميكروية لأن الإشعاع يتم تعديله بواسطة ميزات المقدمة مثل مجموعات المجرات.
خصائص الخلفية الكونية للموجات الميكروية
إشعاع الخلفية الكونية الميكرويفي هو انبعاث موحد للطاقة الحرارية للجسم الأسود من جميع الاتجاهات، بكثافة تقاس بالكلفن (K). يتم تعريف طيف الجسم الأسود الساخن للخلفية الكونية الميكروية بشكل أوضح عند درجة حرارة 2.72548 ± 0.00057 كلفن. يتم التعبير عن التغيرات في الكثافة كتغيرات في درجة الحرارة، ويمكن لدرجة حرارة الجسم الأسود أن تصف بشكل فريد شدة الإشعاع عند جميع الأطوال الموجية. يمكن تحويل درجة حرارة السطوع المقاسة عند أي طول موجي إلى درجة حرارة الجسم الأسود.
إشعاع الخلفية الكونية الميكرويوي موحد للغاية في جميع أنحاء السماء، مع بنية ضئيلة مقارنة بتكتلات المادة في النجوم أو المجرات. إشعاعه متساوي الخواص في جميع الاتجاهات إلى حوالي جزء واحد في 25000.
على الرغم من أن التباين في الخلفية الكونية الميكروية صغير للغاية، إلا أنه من الممكن قياس العديد من جوانبه بدقة عالية، وهذه القياسات ضرورية للنظريات الكونية. بالإضافة إلى التباين في درجة الحرارة، يجب أن يكون للخلفية الكونية الميكروية اختلافات زاوية في الاستقطاب. يتم وصف اتجاه الاستقطاب في كل اتجاه من السماء من خلال الاستقطاب في الوضع E والاستقطاب في الوضع B. إن شدة إشارة الوضع E أقل بعشر مرات من تباين درجة الحرارة. وهي تعمل كمكمل لبيانات درجة الحرارة وترتبط بها.
ومن المتوقع أيضًا أن يظهر CMB تشوهات طيفية صغيرة في الطيف تبتعد عن قانون الجسم الأسود. وهذه أيضًا واحدة من محاور البحث النشطة حاليًا، ويأمل الباحثون في قياسها لأول مرة في العقود القليلة القادمة لأنها تحتوي على معلومات غنية عن الكون البدائي وتشكل البنى اللاحقة.إن إشارة الوضع B أضعف ولكنها قد تحتوي على بيانات كونية إضافية، كما أن أصل التباين مرتبط أيضًا بفيزياء الاستقطاب.
وفقا لتشاك في تلسكوب هابل V4، نظرا لنسبة حجم تبلغ 400 إلى 1، فإن الخلفية الكونية الميكروية تحتوي على غالبية الفوتونات في الكون، مع كثافة عددية تبلغ مليار مرة من كثافة المادة في الكون. وهذا يعني أنه بدون توسع الكون لتبريد الخلفية الكونية الميكروية، فإن السماء الليلية ستكون ساطعة مثل الشمس.
من منظور تاريخي
تم التنبؤ بوجود الخلفية الكونية للموجات الميكروية واستكشافها من قبل العلماء الأوائل. في عام 1931، تكهن جورج لوميتر بإمكانية ملاحظة بقايا الكون المبكر في شكل إشعاع؛ وفي عام 1948، تنبأ رالف ألف وروبرت هيرمان بوجود الخلفية الكونية للموجات الميكروية وقدر درجة حرارتها بنحو 5 كلفن. وعلى الرغم من وجود انحراف طفيف، فقد تشكل الأساس النظري.
تم أول اكتشاف إيجابي للخلفية الكونية من الموجات الميكروية في عام 1964، عندما بدأ علماء من جامعة برينستون في بناء أدوات لقياس الخلفية الكونية من الموجات الميكروية، ثم في عام 1964، اكتشف أرنو بنزياس وروبرت ويلسون عن طريق الصدفة وجود الخلفية الكونية من الموجات الميكروية في مختبرات بيل.
في عام 1965، لم يثبت هذا الاكتشاف وجود الخلفية الميكروية فحسب، بل أصبح أيضًا اختراقًا كبيرًا في مجال علم الكونيات، مؤكدًا نموذج الانفجار العظيم.
مع تطور التكنولوجيا، واصلت أجهزة الكشف مثل COBE وWMAP وبلانك إجراء أبحاث متعمقة حول الخلفية الكونية للموجات الميكروية، مما يوفر أدلة قوية وإرشادات نظرية لفهمنا لتكوين الكون وتطوره.
اليوم، لا تزال الأبحاث حول الخلفية الكونية للموجات الميكروية مستمرة، ولا يزال العلماء متحمسين لاستكشاف المعلومات حول الكون المبكر. إذن، ما هي الألغاز التي تعتقد أن الخلفية الكونية للموجات الميكروية تخفيها؟
