a kozmikus mikrohullámú háttér teljes égbolt térképe, amint azt a COBE észlelte. A hőmérsékleti különbségek (szín szerint jelölve) az átlagos (2,725 Kelvin) hőmérséklet tízezerében körülbelül egy részét teszik ki.
Credit: NASA/COBE

Az ősrobbanás elmélete szerint az univerzum első ~300 000 évében a hőmérséklet és a nyomás olyan volt, hogy az atomok nem létezhettek., Az anyagot ehelyett erősen ionizált plazmaként osztották el, amely nagyon hatékony volt a sugárzás szórásában. Az eredmény az volt, hogy a korai univerzumból származó információk (fotonok) hatékonyan csapdába estek egy áthatolhatatlan “ködben”, amely a mai napig elrejti ezeket a korai időket a csillagászoktól.

ahogy az univerzum tágult, hőmérséklete és sűrűsége olyan pontra csökkent, ahol az atommagok és az elektronok képesek voltak atomokat alkotni., Ezt a rekombináció korszakának nevezik, és ebben az időben a fotonok végre képesek voltak elmenekülni a korai Univerzum ködéből, és szabadon utazni. A “kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás” (CMB) ezeknek a fotonoknak a felvétele a menekülés pillanatában.

a COBE adatai megegyeznek az elméleti blackbody görbével, így lehetetlen megkülönböztetni az adatokat a görbétől.,
Credit: NASA/COBE

először Arno Penzias és Robert Wilson fedezte fel 1965-ben, a CMB az egyik legmeghatározóbb bizonyíték az Ősrobbanás mellett. Különösen a Big Bang theory előrejelzi az univerzum születésétől megmaradt sugárzás bizonyos jellemzőit, amelyek mindegyikét a CMB megerősíti:

1. a fotonok forró plazmával történő többszörös szórása a korai univerzumban a fotonok feketetest-spektrumát eredményezheti, miután elmenekültek a reionizáció korszakában. Pontosan ez figyelhető meg a CMB-nél., A jobb oldali ábra egy elméleti feketetest-görbét ábrázol, a COsmic Background Explorer (COBE) műhold CMB-adataival együtt. A megállapodás annyira jó, hogy lehetetlen megkülönböztetni az adatokat az elméleti görbétől.
2. a CMB fotonjait a rekombináció korszakában bocsátották ki, amikor az univerzum hőmérséklete körülbelül 3000 Kelvin volt., Azonban a táguló univerzumon áthaladó ~13 milliárd éves utazásuk során hosszabb hullámhosszra redshiftálták őket, és most az elektromágneses spektrum mikrohullámú régiójában 2, 725 Kelvin átlagos hőmérsékleten észlelik őket. Ez jól egyetért azzal, amit a Big Bang elmélet jósol.

azonban a standard Big Bang elmélet nem veszi figyelembe a CMB összes megfigyelt tulajdonságát., Különösen, ha eltávolítjuk a Dipólust, amely az univerzumban való mozgásunk miatt merül fel, a CMB hihetetlenül egységes az égen, legfeljebb egy rész tízezerben változik. Ez arra utal, hogy az univerzum olyan régiói, amelyek ma már széles körben el vannak választva, egyszer elég közel voltak ahhoz, hogy “kommunikáljanak” egymással a hőmérsékletük kiegyenlítése érdekében. Ez azonban nem lehetséges, tekintettel a standard Big Bang elméletre, a világegyetem korára és a fény véges sebességére.,

a Big Bang modell önmagában nem képes figyelembe venni a CMB egységes hőmérsékletét. Az infláció időszakára azért is szükség van, hogy a korai Univerzum régiói elég közel legyenek a termikusan kiegyenlítéshez.
Credit: NASA/COBE

a bal oldali ábrán látható piros vonal azt mutatja, hogy a Big Bang elmélet szerint az univerzum sugara több mint 10-10 méter volt 10-45 másodperccel az ősrobbanás után., Mivel a fénysebesség 3×108 m/s sebességgel halad, az információ csak ~3×10-37 métert tudott megtenni ebben az időben. A Big Bang elmélet ezért lehetetlenné teszi, hogy az egész világegyetem kiegyenlítse hőmérsékletét ezekben a korai időkben, mivel nem minden univerzum volt kommunikációban. A mindennapi életben nem tudunk információt kapni a horizonton túl, ezért ezt horizont problémának nevezik.

a horizontprobléma megoldása érdekében a csillagászok inflációs időszakot vezettek be a Big Bang modellbe (az ábrán kék régió)., A világegyetem tágulási sebességének ez a hirtelen növekedése nem sokkal az ősrobbanás után nemcsak a horizont problémáját oldja meg, hanem a síkosság problémáját is. Ezért elfogadták a kozmológia jelenlegi konkordancia modelljének részeként.

olyan háttérsugárzás jelenléte, amelynek hőmérséklete, spektruma és egységessége összhangban van az Ősrobbanás kozmológiájával és az inflációval, rendkívül nehéz bármilyen más eszközzel előállítani. Ezért a csillagászok úgy vélik, hogy a CMB tulajdonságainak tanulmányozásával valójában a korai Univerzum körülményeit tanulmányozzák.,