Mikrobangų astronomija padeda astronomams tyrinėti kosmosą

NASA / Wikimedia Commons / Viešoji sritis

Nedaug žmonių galvoja apie kosmines mikrobangų krosneles, kai kiekvieną dieną pietums gamina maistą. Tos pačios rūšies spinduliuotė, kurią naudoja mikrobangų krosnelė buritui, padeda astronomams tyrinėti visatą. Tai tiesa: iš kosmoso sklindančios mikrobangų spinduliuotės padeda pažvelgti į kosmoso pradžią.

Mikrobangų signalų medžioklė

Įspūdingas objektų rinkinys erdvėje skleidžia mikrobangas. Artimiausias nežemiškų mikrobangų šaltinis yra mūsų Saulė . Konkretus mikrobangų bangos ilgis, kurį ji siunčia, sugeria mūsų atmosfera. Mūsų atmosferoje esantys vandens garai gali trukdyti aptikti mikrobangų spinduliuotę iš kosmoso, ją sugerti ir neleisti pasiekti Žemės paviršiaus. Tai išmokė astronomus, tyrinėjančius mikrobangų spinduliuotę kosmose, dėti detektorius dideliame aukštyje Žemėje arba kosmose.

Kita vertus, mikrobangų signalai, galintys prasiskverbti į debesis ir dūmus, gali padėti mokslininkams tirti sąlygas Žemėje ir pagerinti palydovinį ryšį. Pasirodo, mikrobangų mokslas yra naudingas daugeliu atžvilgių.

Mikrobangų signalai būna labai ilgų bangų. Norint juos aptikti, reikalingi labai dideli teleskopai, nes detektoriaus dydis turi būti daug kartų didesnis už patį spinduliuotės bangos ilgį. Žinomiausios mikrobangų astronomijos observatorijos yra kosmose ir atskleidė detales apie objektus ir įvykius iki pat visatos pradžios.

Kosminės mikrobangų spinduliuotės

Mūsų pačių centras Paukščių Tako galaktika yra mikrobangų šaltinis, nors jis nėra toks platus kaip kitose aktyvesnėse galaktikose. Mūsų juodoji skylė (vadinama Šauliu A*) yra gana tyli, kaip tai vyksta. Atrodo, kad jis neturi masyvios srovės ir tik retkarčiais minta žvaigždėmis ir kitomis medžiagomis, kurios prasiskverbia per arti.

Pulsarai (besisukančios neutroninės žvaigždės) yra labai stiprūs mikrobangų spinduliuotės šaltiniai. Šie galingi, kompaktiški objektai pagal tankį nusileidžia tik juodosioms skylėms. Neutroninės žvaigždės turi galingą magnetinį lauką ir greitą sukimosi greitį. Jie skleidžia platų spinduliuotės spektrą, o mikrobangų emisija yra ypač stipri. Dauguma pulsarų paprastai vadinami „radijo pulsarais“ dėl jų stiprios radijo spinduliuotės, tačiau jie taip pat gali būti „ryškūs mikrobangų krosnelėje“.

Daugelis įdomių mikrobangų šaltinių yra už mūsų saulės sistemos ir galaktikos ribų. Pavyzdžiui, aktyvios galaktikos (AGN), maitinamos supermasyvios juodosios skylės jų šerdyje skleidžia stiprius mikrobangų spindulius. Be to, šie juodųjų skylių varikliai gali sukurti didžiulius plazmos srautus, kurie taip pat ryškiai šviečia mikrobangų bangų ilgiais. Kai kurios iš šių plazmos struktūrų gali būti didesnės nei visa galaktika, kurioje yra juodoji skylė.

Galutinė kosminė mikrobangų istorija

1964 metais Prinstono universiteto mokslininkai Davidas Toddas Wilkinsonas, Robertas H. Dicke'as ir Peteris Rollas nusprendė sukurti detektorių, skirtą kosminėms mikrobangoms medžioti. Jie nebuvo vieninteliai. Du „Bell Labs“ mokslininkai – Arno Penzias ir Robertas Wilsonas – taip pat kūrė „ragą“, kad galėtų ieškoti mikrobangų krosnelių. Tokia spinduliuotė buvo prognozuojama XX amžiaus pradžioje, tačiau niekas nieko nedarė, kad jos ieškotų. 1964 m. mokslininkų atlikti matavimai parodė silpną mikrobangų spinduliuotės „plovimą“ visame danguje. Dabar paaiškėjo, kad silpnas mikrobangų švytėjimas yra kosminis signalas iš ankstyvosios visatos. Penzias ir Wilsonas laimėjo Nobelio premiją už atliktus matavimus ir analizę, dėl kurių buvo patvirtintas kosminis mikrobangų fonas (CMB).

Galų gale astronomai gavo lėšų sukurti kosminius mikrobangų detektorius, kurie gali pateikti geresnius duomenis. Pavyzdžiui, Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) palydovas atliko išsamų šio CMB tyrimą, pradedant 1989 m. Nuo tada kiti stebėjimai, atlikti naudojant Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), aptiko šią spinduliuotę.

CMB yra Didžiojo sprogimo, įvykio, sukėlusio mūsų visatą, atšvaitas. Buvo nepaprastai karšta ir energinga. Plečiantis naujagimio kosmosui, šilumos tankis sumažėjo. Iš esmės jis atvėso, o tai, kiek šilumos buvo, pasiskirstė vis didesniame plote. Šiandien visatos plotis yra 93 milijardai šviesmečių, o CMB reiškia apie 2,7 kelvino temperatūrą. Astronomai mano, kad difuzinė temperatūra yra mikrobangų spinduliuotė, ir naudoja nedidelius CMB „temperatūros“ svyravimus, kad sužinotų daugiau apie visatos kilmę ir evoliuciją.

Techninis pokalbis apie mikrobangas visatoje

Mikrobangos skleidžia dažnius nuo 0,3 gigahercų (GHz) iki 300 GHz. (Vienas gigahercas yra lygus 1 milijardui hercų. „Hercas“ naudojamas apibūdinti, kiek ciklų per sekundę kažkas skleidžia, o vienas hercas yra vienas ciklas per sekundę.) Šis dažnių diapazonas atitinka bangos ilgius tarp milimetro (vieno- tūkstantoji metro dalis) ir metras. Pažymėtina, kad televizijos ir radijo spinduliuotė skleidžia žemesnę spektro dalį, nuo 50 iki 1000 Mhz (megahercų).

Mikrobangų spinduliuotė dažnai apibūdinama kaip nepriklausoma spinduliuotės juosta, tačiau ji taip pat laikoma radijo astronomijos mokslo dalimi. Astronomai dažnai kalba apie spinduliuotę, kurios bangos ilgis yratolimųjų infraraudonųjų spindulių, mikrobangų ir itin aukšto dažnio (UHF) radijo dažnių juostos kaip „mikrobangų“ spinduliuotės dalis, nors techniškai tai yra trys atskiros energijos juostos.