Анизотропия реликтового излучения

Анизотропия космического микроволнового излучения (реликтового излучения) заключается в малых температурных флуктуациях в излучении абсолютно черного тела, оставшемся от Большого взрыва. Средняя температура этого излучения сегодня составляет 2.725 K по данным измерений инструмента [FIRAS] спутника COBE. Без всякого увеличения контрастности реликтового излучения небо выглядит так, как показано в верхнем левом углу на приведенном ниже рисунке. Однако на этой средней интенсивности сущестсвуют небольшие, наложенные на нее температурные флуктуации. Два участка неба варьруют по температуре на плюс или минус 0.00335 K образуя, таким образом, один горячий и один холодный полюсы: диполь. Это свидетельствует в пользу того, что Солнечная система движется со скоростью 369 км/сек по отношению к наблюдаемой Вселенной. Если вычесть среднюю температуру и увеличить контраст в 400 раз, то получится изображение, показанное ниже в верхнем правом углу. На нем виден описанный выше диполь а также излучение от Млечного пути, обозначенное на рисунке преимущественно красным цветом, которым представлены данные с наибольшей длиной волны. Вычтя среднюю температуру и диполь, можно увидеть свойственные реликтовому излучению флуктуации, которые лишь слабо видны на фоне Млечного пути в нижнем левом углу рисунка, на котром контрат увеличен в 2000 раз. Наконец, мы можем смешать многочисленные частоты таким способом, что излучение Млечного пути будет удалено, что приведет к карте реликтового излучения, приведенной нижнем правом углу с увеличением контрастности в 30,000 раз.

Результаты измерения анизотропии реликтового излучения с гораздо более высоким угловым разрешением показаны на карте, полученной от [Датчика анизотропии микроволнового излучения Вилкинсона (Wilkinson) - (WMAP)] ниже:

На этой карте изображен диапазон колебаний температуры около 0.0005 K от самых холодных (голубой) до самых горячих (красный) участков неба.

Эти овалы представляют карту всей небесной сферы в проекции равных площадей Молвейда (Mollweide). Рисунок справа показывает топографическую карту Земли в той же проекции. Заметим, что не существует участка Земли, который не был бы включен в даннй овал, и, таким образом, ничто не находится "за пределами" карты WMAP.

Угловой энергетический спектр анизотропии реликтового излучения содержит информацию об образовании Вселенной и о её текущем состоянии. Этот угловой энергетический спектр является графиком того, насколько сильно от точки к точке на небе меняется температура (переменная оси y) в зависимости от угловой частоты L (переменная оси x). L=10 означает, что имеется 10 циклов флуктуации на площади всего неба, тогда как L=100 означает, что имеется 100 циклов на всем небе.

На приведенном выше рисунке показана карта неба при L=2 слева, и другая карта с L=16 справа.

Многочисленные группы исследователей предпринимали измерения углового энергетического спектра, и полученные ими данные отвечают на фундаментальные вопросы о природе Вселенной. Поэтому они часто попадают в газеты, начиная с результатов COBE в Апреле 1992г до результатов BOOMERanG в Апреле 2000г и результатов WMAP в Феврале 2003г.

На приведенном выше графике показан угловой энепргетический спектр по данным WMAP, а также несколько экспериментов, проведенных с использованием воздушных шаров и на земле. Эти данные в точности согласуются с моделью плоской Вселенной, в котрой влавствует плотность энергии вакуума космологической постоянной, обеспечивающая 73 процента всей плотности Вселенной. Другие 23 процента плотности приходятся на долю темной материи. Лишь 4 процента плотности приходятся на обычную материю, состоящую из протонов и нейтронов.