en all-sky karta över den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som upptäckts av COBE. Temperaturskillnaderna (indikerade med färg) är ungefär en del av tio tusen av medeltemperaturen (2.725 Kelvin).
kredit: NASA/COBE

enligt Big Bang-teorin var temperaturer och tryck för universums första ~300,000-år sådana att atomer inte kunde existera., Materia distribuerades istället som en mycket joniserad plasma som var mycket effektiv vid spridning av strålning. Resultatet blev att information (fotoner) från det tidiga universum effektivt fångades i en inpenetrable ”dimma” som hittills döljer dessa tidiga tider från astronomer.

När universum expanderade sjönk emellertid dess temperatur och densitet till en punkt där atomkärnorna och elektronerna kunde kombinera för att bilda atomer., Detta är känt som rekombinationens epok, och det är vid denna tid som fotoner äntligen kunde fly från dimman i det tidiga universum och resa fritt. ”Cosmic Microwave Background radiation” (CMB) är rekordet av dessa fotoner vid tidpunkten för deras flykt.

data från COBE matchar den teoretiska blackbody-kurvan så exakt att det är omöjligt att skilja data från kurvan.,
kredit: NASA/COBE

först upptäcktes av Arno Penzias och Robert Wilson 1965, CMB är en av de mest avgörande bevisen till förmån för Big Bang. I synnerhet förutspår Big Bang-teorin vissa egenskaper för strålningen kvar från universums födelse, som alla bekräftas av CMB:

1. den multipla spridningen av fotoner av en het plasma i det tidiga universum bör resultera i ett svartkroppsspektrum för fotonerna när de har rymt vid reioniseringens epok. Detta är precis vad som observeras för CMB., Figuren till höger visar en teoretisk blackbody-kurva tillsammans med CMB-data från Cosmic Background Explorer (COBE) – satelliten. Avtalet är så bra att det är omöjligt att skilja data från den teoretiska kurvan.
2. fotonerna av CMB emitterades vid rekombinationens epok när universum hade en temperatur på cirka 3000 Kelvin., Men de har blivit kosmologiska redshifted till längre våglängder under deras ~13 miljarder år resa genom det expanderande universum, och detekteras nu i mikrovågsområdet för det elektromagnetiska spektrumet vid en medeltemperatur på 2.725 Kelvin. Detta stämmer väl med vad Big Bang teorin förutspår.

men standard Big Bang teori inte står för alla observerade egenskaperna hos CMB., I synnerhet, när vi tar bort dipolen som uppstår på grund av vår rörelse i universum, är CMB otroligt likformig över himlen, varierande med högst en del på tio tusen. Detta tyder på att regioner i universum som nu är brett åtskilda, en gång var nära nog att ”kommunicera” med varandra för att utjämna deras temperatur. Detta är dock inte möjligt med tanke på Standard Big Bang teori, universums ålder, och den ändliga ljusets hastighet.,

Big Bang-modellen ensam kan inte redogöra för CMB: s enhetliga temperatur. En inflationsperiod är också nödvändig så att regioner i det tidiga universum är tillräckligt nära för att termiskt utjämna.
kredit: NASA/COBE

den röda linjen i figuren till vänster visar att universum enligt Big Bang-teorin hade en radie på mer än 10-10 meter vid 10-45 sekunder efter Big Bang., Eftersom ljusets hastighet färdas vid 3 × 108 m / s, kunde informationen bara ha färdats ~3×10-37 meter under denna tid. Big Bang-teorin gör det därför omöjligt för hela universum att ha utjämnat sin temperatur vid dessa tidiga tider, eftersom inte hela universum var i kommunikation. I vardagen kan vi inte få information bortom vår horisont, så det här är känt som horizon-problemet.

för att lösa horizon-problemet introducerade astronomer en inflationsperiod i Big Bang-modellen (blå region i figur)., Denna plötsliga ökning av universums expansion strax efter Big Bang löser inte bara horisontproblemet utan också platthetsproblemet. Det har därför accepterats som en del av den nuvarande konkordansmodellen för kosmologi.

närvaron av en bakgrundsstrålning som har en temperatur, spektrum och enhetlighet som överensstämmer med Big Bang kosmologi och inflation, är extremt svår att producera på något annat sätt. Därför tror astronomer att genom att studera CMB: S egenskaper studerar de faktiskt förhållandena i det tidiga universum.,