Kozmik mikrodalga arka plan ışıması

Kozmik mikrodalga arka plan ışıması (KMAA ya da CMB), evrenin yaklaşık 380.000 yaşında serbest kalan ve bugün her yönden gelen çok soğuk bir ışımadır. Sıcaklığı 2,725 kelvindir (yaklaşık −270,4 °C) ve Büyük Patlama kuramının en güçlü kanıtlarından biridir.

Nasıl oluşur?

Evrenin ilk 380.000 yılında madde sıcak, iyonlaşmış bir plazmaydı. Işık serbest elektronlara sürekli çarpıp saçılıyor ve uzağa gidemiyordu; evren bir sis gibiydi. Genişleme sıcaklığı yaklaşık 3000 K'e düşürünce elektronlar protonlarla birleşip nötr hidrojen oluşturdu (rekombinasyon). Işık artık engelsiz yayıldı. İşte bu ilk "serbest" ışık hâlâ gökyüzünü doldurur.

O zamandan beri uzay yaklaşık 1100 kat genişlediği için ışığın dalga boyu aynı oranda gerildi ve görünür-kızılötesinden mikrodalga aralığına kaydı (kırmızıya kayma z ≈ 1100). Işıma kusursuza yakın bir kara cisim spektrumu verir; tepe noktası yaklaşık 160 GHz'de, dalga boyu yaklaşık 1,9 mm civarındadır. Evrenin her santimetreküpünde yaklaşık 411 foton vardır.

Sıcaklık gökyüzünde neredeyse tam aynıdır, farklar yaklaşık yüz binde bir mertebesindedir (onlarca mikrokelvin). Bu ufak dalgalanmalar, erken evrendeki yoğunluk farklarını gösterir ve sonradan galaksilere, kümelere dönüşen tohumlardır. Ayrıca Güneş Sistemi'nin ışımaya göre hareketi yaklaşık 370 km/s'dir; bu da gökyüzünün bir yarısını binde bir kadar sıcak, diğerini soğuk gösterir (dipol).

Örnekler

• Penzias ve Wilson, 1964-65'te New Jersey'deki Holmdel boynuz antenindeki açıklanamayan parazit sinyalini tesadüfen buldu ve 1978 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı; aynı yıllarda Robert Dicke ve ekibi onu yorumladı.
• COBE (1989): Spektrumun kara cisim biçimini ve ilk anizotropileri ölçtü; John Mather ve George Smoot 2006 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.
• WMAP (2001) daha ayrıntılı harita verdi.
• Planck (ESA, 2009): En duyarlı harita; evrenin yaşını 13,8 milyar yıl, bileşimini ise yaklaşık yüzde 5 sıradan madde, yüzde 27 karanlık madde, yüzde 68 karanlık enerji olarak verdi.

Tarihçe

Ralph Alpher ve Robert Herman 1948'de ışımanın varlığını ve yaklaşık 5 K sıcaklığını öngördü. Princeton'da Robert Dicke ve Jim Peebles de bağımsız olarak arıyordu; Penzias ve Wilson'ın bulgusu onlardan önce geldi.

KMAA bugün kozmolojinin en önemli veri kaynağıdır. Dalgalanmaların açısal ölçeği evrenin geometrisinin düz olduğunu gösterdi. Polarizasyon ölçümleri ve olası ilksel çekim dalgası aramaları enflasyon kuramını sınamaya çalışıyor.

Sık yapılan yanlışlar

Işığı "Büyük Patlama'nın patlama anı" sanmak yaygındır. KMAA, patlama anından yaklaşık 380.000 yıl sonraki ilk saydamlık anıdır; ondan önceki dönem doğrudan gözlenemez, çünkü evren opaktı.

Bir diğer yanlış, ışımanın uzayda belirli bir yönden geldiğidir. Her yönden aynı gelir; çünkü o ilk ışık her yerde aynı anda serbest kaldı. Bugün gördüğümüz fotonlar, bizden 46 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir "son saçılma yüzeyi"nden gelir; bu yüzeyin madde parçaları ise bugün çok daha uzaktadır.

Gelecekte LiteBIRD gibi görevler, polarizasyonun "B modları"nı arayarak enflasyonun izlerini ölçmeyi hedefliyor. Bu ışıma evrenin bebeklik fotoğrafı diye anılır ve her yeni harita kozmolojik modelleri yeniden sınar.

İlgili terimler

• Büyük Patlama
• Rekombinasyon
• Kırmızıya kayma
• Enflasyon
• Karanlık madde
• Planck uzay teleskobu