Войти
космический микроволновый фон (CMB, CMBR ) в космологии Большого взрыва - это электромагнитное излучение, которое является остатком ранней стадии Вселенной, также известным как «реликтовое излучение». CMB - это слабое космическое фоновое излучение, заполняющее все пространство. Это важный источник данных о ранней Вселенной, потому что это самое древнее электромагнитное излучение во Вселенной, относящееся к эпохе рекомбинации Вселенной. В традиционном оптическом телескопе пространство между звездами и галактиками (фон) полностью темное. Однако достаточноительный радиотелескоп показывает слабый фоновый шум или свечение, почти изотропное, которое не связано с какой-либо звездой, галактикой или другими объектами. Это свечение является самым сильным в лучшей области радиоспектра. Случай открытие реликтового излучения в 1965 году американскими радиоастрономами Арно Пензиас и Роберт Уилсон стало кульминацией работы, начатой в 1940-х годах, и принесло первооткрывателям награду. 1978 Нобелевская премия по физике.
CMB - знаковое свидетельство Большого взрыва происхождения Вселенной. Когда Вселенная была молодой, до образования звезд и планет, она была плотнее, намного горячее и наполнялась однородным свечением раскаленного добела тумана из водородной плазмы. По мере того, как Вселенная расширялась, и плазма, и заполняющее ее излучение охлаждались. Когда Вселенная достаточно остыла, протоны и электроны объединились, чтобы сформировать нейтральные атомы водорода. В отличие от несвязанных протонов и электронов, эти недавно возникшие атомы не могли рассеивать тепловое излучение посредством томсоновского рассеяния, и поэтому Вселенная стала прозрачной, а не непрозрачным туманом. Космологи. относится к периоду времени, когда нейтральные атомы впервые сформировались, как к эпохе рекомбинации, и к событию вскоре после этого, когда фотоны начали свободно перемещаться в пространстве, а не постоянно рассеиваться электронами. а протоны в плазме включаются как разделение фотонов . Фотоны, существовавшие во время разделения фотонов, с тех пор распространяются, хотя становятся все слабее и менее энергичными, поскольку расширение пространства приводит к тому, что их длина волны становится равной увеличиваются со временем (длина волны обратно пропорциональна энергии согласно использованию Планка ). Это источник альтернативного термина реликтового излучения. Поверхность последнего рассеяния относится к множеству точек в пространстве на правильном расстоянии от нас, так что теперь мы получаем фотоны, изначально испущенные из этих точек во время разделения фотонов.
Точные измерения реликтового излучения имеют решающее значение для космологии, поскольку предлагаемая модель Вселенной должна объяснять это излучение. CMB имеет тепловой спектр черного тела при температуре 2,72548 ± 0,00057 К. Спектральная яркость dEν/ dν достигает пика на частотах 160,23 ГГц в микроволновом диапазоне частоты, соответствующие энергии фотона примерно 6,626 ⋅ 10 эВ. В качестве альтернативы, если спектральная яркость определяется как dE λ / dλ, тогда максимальная длина волны составляет 1,063 мм (282 ГГц, 1,168 ⋅ 10 эВ фотонов). Свечение почти однородно во всех направлениях, но крошечные остаточные вариации показывают очень специфическую картину, такую же, как и ожидалось, равномерно распределенного горячего газа, который расширился до нынешних размеров Вселенной. В частности, спектральная яркость при разных углах наблюдения в небе содержит небольшие анизотропии или неоднородности, которые меняются в зависимости от размера исследуемой области. Они были детально измерены и соответствуют тому, что можно было бы ожидать, если бы были небольшие тепловые вариации, вызванные квантовыми флуктуациями материи в очень крошечном пространстве, расширились до размеров наблюдаемой Вселенной Посмотрим сегодня. Это очень активная область исследований, в которой ученые ищут лучшие данные (например, космический корабль Planck ), так и лучшую интерпретацию начальных условий расширения. Хотя множество различных процессов может дать общую форму черного тела, ни одна модель, кроме Большого взрыва, еще не объяснила флуктуации. В результате большинства космологов считают, что модель Большого взрыва лучшим объяснением реликтового излучения.
Высокая степень однородности во всей наблюдаемой Вселенной и ее слабая, но измеряемая анизотропия дает сильную поддержку модели Большого взрыва в целом и ΛCDM («Лямбда-холодная темная материя») модель в частности. Более того, флуктуации когерентны на угловых масштабах, которые больше кажущегося космологического горизонта при рекомбинации. Либо такая когерентность является случайной точной настройкой, либо произошла космическая инфляция.
График космического микроволнового фона, измеренный прибором FIRAS на COBE, наиболее точно измеренный спектр черного тела в природе. Столбцы ошибок слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже на увеличенном изображении, и невозможно отличить наблюдаемые данные от теоретической кривой. Космическое микроволновое фоновое излучение является излучением однородного, черное тело тепловая энергия, исходящая со всех частей неба. Изотропность составляет примерно одну часть из 100000: отклонения среднеквадратичного составляют всего 18 мкК после вычитания дипольной анизотропии из Доплеровский сдвиг радиационного фона. Последнее вызвано пекулярной скоростью Солнца относительно сопутствующей космической системы покоя, когда оно движется со скоростью 369,82 ± 0,11 км / с к созвездию Льва (галактическая долгота 264.021 ± 0.011, галактическая широта 48.253 ± 0.005). Диполь реликтового излучения, а также аберрация на более высоких мультиполях были измерены в соответствии с движением галактики.
В модели Большого взрыва для образования Вселенная, инфляционная космология предсказывает, что примерно через 10 секунд зарождающаяся Вселеннаяерпела экспоненциальный рост, который сгладил почти все неоднородности. Остальные нарушения были вызваны квантовыми флуктуациями в поле инфлатон, вызвавшими событие инфляции. Задолго до образования звезд и планет ранняя Вселенная меньше, намного горячее, начиная с 10 секунд после Большого взрыва, была заполнена однородным свечением из раскаленного добела тумана воспроизводящей плазмы из фотоны, электроны и барионы.
По мере того, как Вселенная расширялась, адиабатическое охлаждение приводило к уменьшению плотности энергии плазмы до тех пор, пока электронам не станет благоприятным соединяться с протонами, образуя атомы водорода. Это событие рекомбинации произошло, когда температура была около 3000 К или когда Вселенной было около 379000 лет. Первые свободно перемещаться в пространстве, что привело к разъединению материи и излучения.
цветовая температура ансамбля разделенных фотонов с тех пор продолжает снижаться; теперь до 2,7260 ± 0,0013 К она будет продолжать падать по мере расширения Вселенной. Интенсивность излучения также соответствует излучению черного тела при 2,726 К, потому что излучение черного тела при более низкой температуре. Согласно модели Большого взрыва, которое мы измеряем сегодня, исходит от сферической поверхности, называемой поверхностью последнего рассеяния. Это представляет собой набор местоположений в пространстве, в которых произошло событие разъединения, и в такой момент времени. Большая часть энергии излучения во Вселенной находится в космическом микроволновом фоне, составляющем примерно 6 × 10 от общей плотности Вселенной.
Два самых больших успеха теории Большого взрыва - это ее предсказание почти идеальное предсказание черного тела и его детальное предсказание анизотропии в космическом микроволновом фоне. Спектр реликтового излучения стал наиболее точно измеряемым спектром черного тела в природе.
Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,25 эВ / см (4,005 × 10 Дж / м) или (400–500 фотонов / см).
Космический микроволновый фон был впервые предсказан в 1948 году Ральфом Альфером и Робертом Херманом. Альфер и Херман смогли оценить температуру космического микроволнового фона в 5 К, хотя два года спустя они переоценили ее до 28 К. Эта высокая оценка была вызвана неверной оценкой постоянной Хаббла Альфреда Бера, который не мог быть воспроизведен и был оставлен для более ранней оценки. Хотя было несколько оценок температуры космоса, они страдали двумя недостатками. Во-первых, они были измерениями эффективной пространства и температуры не предполагали, что пространство было заполнено тепловым спектром Планка. Далее они зависят от того, что мы находимся в особом месте на краю галактики Млечный Путь, и они не предполагали, что излучение является изотропным. Если бы Земля оказалась в другом месте Вселенной, дали бы разные прогнозы.
Роговая антенна Холмдела, на которой Пензиас и Уилсон представили космический микроволновый фон. Антенна была построена в 1959 году для поддержки Project Echo - спутникового управления аэронавтике и исследованию космического пространства, в которых использовались большие алюминизированные пластиковые шары, вращающиеся вокруг Земли, в качестве отражателей для отражения радиосигналов из одной точки Земли в другую. Результаты 1948 года, полученные Альфером и Германом, обсуждались во многих областях физики примерно до 1955 года, когда оба покинули лабораторию прикладной физики в Университете Джона Хопкинса. Однако основное астрономическое сообщество в то время не было заинтриговано космологией. Предсказание Альфера и Германа было переоткрыто Яковом Зельдовичем в начале 1960-х годов и независимо предсказано Робертом Дике в то же время. Первое опубликованное признание реликтового излучения как обнаруженного явления появилось в краткой статье советских астрофизиков А. Г. Дорошкевич и Игорь Новиков, весной 1964 года. В 1964 году Дэвид Тодд Уилкинсон и Питер Ролл, коллеги Дике из Принстонского университета, приступили к созданию радиометра Дике для измерения космического микроволнового фона. В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон в Кроуфорд-Хилл место Bell Telephone Laboratories в соседнем Холмдел-Тауншип, Нью-Джерси построили радиометр Дике, который собирались использовать в радиоастрономии и экспериментах по спутниковой связи. 20 мая 1964 года они провели первое измерение, показавшее присутствие микроволнового фона, с их прибором, имеющим превышение антенной температуры 4,2К , которое они могли не учесть. Получив телефонный звонок от Кроуфорд Хилла, Дике сказал: «Мальчики, нас накрыли». Встреча между группами из Принстона и Кроуфорд-Хилла определила, что температура антенны действительно связана с микроволновым фоном. Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике 1978 года за свое открытие.
Интерпретация космического микроволнового фона была спорным вопросом в 1960-х годах с некоторыми сторонними устойчивыми состояниями. теория, утверждающая, что микроволновый фон был результатом рассеянного звездного света от далеких галактик. Используя эту модель и вычислить на исследовании узких звезд в спектрах звезд, астроном Эндрю МакКеллар написал в 1941 году: «Можнолить, что 'температура вращения ' межзвездного пространства составляет 2 К. "В 1970-е годы было установлено, что космический микроволновый фон - это пережиток Большого взрыва." Это произошло главным образом, потому что новые измерения в диапазоне частот показали, что спектр черного тела, результат
Харрисон, Пиблз Ю. и Зельдович поняли, что ранняя Вселенная должна иметь неоднородности на уровне 10 или 10. Рашид Сюняев позжеал наблюдаемый отпечаток, который Все более строгие ограничения на анизотропию космического микроволнового фона были установлены наземными экспериментами в 1980-х годах. РЕЛИКТ-1, советский эксперимент по изучению анизотропии космического микроволнового фона на борту спутника « Прогноз 9 »(запущенный 1 июля 1983 г.) дал верхние пределы крупномасштабной анизотропии. Миссия NASA COBE ясно подтвердила первичну. ю анизотропию с помощью прибора дифференциального микроволнового радиометра, опубликовав свои результаты в 1992 году. Команда получила Нобелевскую премию по физике за 2006 год. за это открытие.
Вдохновленный результат COBE, в течение следующего десятилетия в серии наземных и аэростатных экспериментов измерялась анизотропия космического микроволнового фона на меньших угловых масштабах. Основная цель этих экспериментов состояла в том, чтобы измерить масштаб акустического пика, разрешение которого у COBE не было достаточного для разрешения. Этот пик соответствует крупномасштабным изменениям плотности в ранней Вселенной, которые вызваны гравитационной нестабильностью, приводящей к акустическим колебаниям в плазме. Первый пик анизотропии был создан с помощью эксперимента Токо, и результат был подтвержден экспериментами202>BOOMERanG и MAXIMA. Эти измерения показали, что геометрия Вселенной приблизительно плоская, а не изогнутая. Они исключили космические струны как основной компонент формирования космической структуры и предположили, что космическая инфляция была правильной теорией формирования структур.
Второй пик демонстрировал несколько экспериментов до того, как был окончательно обнаружен WMAP, который также создал третий пик. По состоянию на 2010 год продолжается несколько экспериментов по улучшению поляризации и микроволнового фона на малых угловых масштабах. К ним относятся DASI, WMAP, BOOMERanG, QUaD, космический корабль Planck, Космологический телескоп Атакама, Южный полюсный телескоп и QUIET телескоп.
Космическое микроволновое фоновое излучение и соотношение космологического красного района -дистанции вместе с наилучшим доступным свидетельством теории Большого взрыва. Измерения реликтового излучения сделали теорию инфляционного Большого взрыва Стандартная космологическая модель. Открытие реликтового излучения в середине 1960-х годов ограничило интерес к альтернативам, таким как теория устойчивого состояния.
. В конце 1940-х годов Альфер и Герман рассудили, что если произойдет большой взрыв, расширение Вселенной растянуло и охладило бы высокоэнергетическое излучение очень ранней Вселенной в микроволновую область электромагнитного спектра и до температуры около 5 К. Они немного отклонились от своих оценок, но у них была правильная идея. Они предсказали реликтовый свет. Пензиасу и Уилсону потребовалось еще 15 лет, чтобы обнаружить, что микроволновый фон действительно существует.
РИ дает снимок Вселенной, когда, согласно стандартной космологии, температура упало достаточно, чтобы позволить электронам и протонам образовать атомы водорода, что сделало Вселенную почти прозрачной для излучения, поскольку свет больше не рассеивался От свободных электронов. Когда он возник примерно через 380 000 лет после Большого взрыва - это время обычно известно как «время последнего рассеяния» или период рекомбинации или разъединения - температура Вселенной была около 3000 К. Это соответствует энергии около 0,26 эВ, что намного меньше энергии ионизации водорода 13,6 эВ.
После разъединения температура фонового излучения упала примерно в 1100 раз из-за расширения Вселенной. По мере расширения Вселенной фотоны реликтового излучения смещаются в красную область, в результате чего их энергия уменьшается. Температура этого излучения остается обратно пропорциональной параметру, который описывает относительное расширение Вселенной с течением времени, известному как длина шкалы. Можно показать, что температура T r реликтового излучения как функция красного смещения z пропорциональна температуре реликтового излучения, наблюдаемой в настоящее время (2,725 К или 0,2348 мэВ):
Подробнее о том, что это излучение свидетельствует о Большом взрыве, см. Космическое фоновое излучение Большого взрыва.
Спектр мощности анизотропия температуры космического микроволнового фонового излучения в угловом масштабе (или мультипольный момент ). Показанные данные взяты из WMAP (2006), Acbar (2004) Boomerang (2005), CBI (2004) и VSA (2004) инструменты. Также показана теоретическая модель (сплошная линия). анизотропия или направленная зависимость космического микроволнового фона делится на два типа: первичная анизотропия, обусловленная эффектами, возникающими на поверхности последняя россыпь и до; и вторичная анизотропия из-за таких эффектов, как взаимодействие фонового излучения с горячим газом или гравитационными потенциалами, которые возникают между последней рассеивающей поверхностью и наблюдателем.
Структура анизотропиикосмического микроволнового фона в основном двумя эффектами: акустическими колебаниями и диффузионным демпфированием (также называемым бесстоличным демпфированием или шелковым демпфированием). Акустические колебания возникают из-за конфликта в фотонной - барионной плазме в ранней Вселенной. Давление фотонов имеет тенденцию стирать анизотропию, в то время как гравитационное притяжение барионов, движущихся со скоростью, намного меньше, чем скорость света, заставляет их схлопнуться, образуя избыточную плотность. Эти два эффекта конкурируют за создание акустических колебаний, которые придают микроволновому фону характерную структуру пиков. Пики примерно соответствуют резонансам, в которых конкретная мода находится на пике амплитуды.
Пики содержат интересные физические признаки. Угловой масштаб первого пика определяет кривизну вселенной (но не топологию вселенной). Следующий пик - отношение нечетных пиков к четным - указанная плотность барионов. Третий пик заговора для получения информации о темной материи.
Расположение пиков также дает информацию о природе первичных плотности. Есть два основных типа возмущений плотности, которые называются адиабатическими и изокривизнами. Общее количество представляет собой смесь обоих, и теорий, которые претендуют на объяснение разные первичные плотности, предсказывают разные смеси.
Спектр реликтового излучения может различать эти два типа, поскольку эти два типа возмущений разные местоположения пиков. Возмущения изогнутой плотности образуют серию пиков, угловые масштабы которых (значения ℓ пиков) находятся примерно в действении 1: 3: 5:..., в то время как адиабатические возмущения плотности образуют образ пики, расположение находится в отношении 1: 2: 3:... Наблюдения согласуются с тем, что первичные возмущения обладают полностью адиабатическими, ключевыми функциями инфляции и исключающими модели структуры структуры, включающие, например, космические струны.
Бесстолкновительное затухание вызвано двумя эффектами, когда обработка первичной плазмы как текучая среда начинает разрушаться:
Глубина LSS относится к тому факту, что разделение фотонов и барионов не происходит мгновенно, а вместо этого требует группы возраста Вселенной до этой эры. Один из методов количественной оценки продолжительности этого процесса использует функцию видимости фотонов (PVF). Эта функция определена так, что, обозначая PVF как P (t), вероятность того, что фотон CMB последний раз рассеивается между временем t и t + dt, определяется как P (t) dt.
Максимум PVF (время, когда наиболее вероятно, что данный фотон CMB последний раз рассеивался) известен довольно точно. Результаты первого года WMAP показывают, что время, при котором P (t) имеет, составляет 372 000 лет. Это принимают за «время», когда образовалось реликтовое излучение часто. Чтобы выяснить, сколько времени понадобилось фотонам и барионам, чтобы разъединиться, нам нужна мера ширины PVF. Команда WMAP обнаружила, что PVF превышает половину своего значения («полная ширина на половине максимума», или FWHM) в интервале 115 000 лет. По этой мерке разделение произошло примерно за 115 000 лет, а когда оно было завершено, возраст Вселенной был примерно 487 000 лет.
С тех пор, как реликтовый фон, он, по-видимому, был изменен с использованием последовательных физических процессов, которые в совокупности называются поздней анизотропией или вторичной анизотропией. Когда фотоны реликтового излучения получили возможность беспрепятственно перемещаться, обычная материя во Вселенной была в основном в нейтральных веществах и гелия. Однако сегодняшние наблюдения галактик, кажется, указывают на то, что большая часть объема межгалактической среды (IGM) состоит из ионизированного материала (так как имеется мало линий, обусловленных атомами водорода). Это подразумевает период реионизации, в течение которого некоторая часть вещества Вселенной была разрушена на ионы водорода.
Фотоны реликтового излучения рассеиваются свободными зарядами, как электроны, которые не связаны в атомах. В ионизированной Вселенной такие заряженные частицы были освобождены от нейтральных элементов ионизирующим (ультрафиолетовым) излучением. Сегодня эти свободные заряды имеют достаточно низкую плотность в большей части Вселенной, поэтому они не обеспечивают заметного влияния на реликтовое излучение. Если IGM был ионизирован в очень ранние времена, когда Вселенная была еще более плотной, то на CMB есть два основных эффекта:
Оба этих эффекта наблюдались с помощью космического корабля WMAP, что свидетельствует о том, что Вселенная была ионизирована в очень ранних временах, на красном смещении больше чем 17. Детальное происхождение этого раннего ионизирующего излучения все еще предметом научных дискуссий. Он мог обеспечить в себя звездный свет от самого первого населения звезд (население III звезд), сверхновые, когда эти первые звезды достигли конца своей жизни, или ионизирующее излучение, создаваемое аккреционными дисками массивных черных дыр.
Время, прошедшее после излучения космического микроволнового фона - и до наблюдения первых звезд - космологи полушутливо называют темным веком, и это период, который активно изучается астрономами (см. 21-сантиметровое излучение ).
Два других эффекта, которые произошли между реионизацией и нашими наблюдениями космического микроволнового фона, которые, по-видимому, вызывают анизотропию, - это эффект Сюняева-Зельдовича, где облако энергетических электроны рассеивает излучение, передавая часть своей энергии фотонам реликтового излучения, а также эффект Сакса-Вульфа, который заставляет фотоны космического микроволнового гравитационно смещаться в красную или синюю сторону из-за изменений гравитационных полей.
Впечатление этого художника показывает, как свет из ранней Вселенной отклоняется эффектом гравитационного линзирования массивных космических структур, образующих B-моды, когда он движется по Вселенной. Космический микроволновый фон - это поляризованный на уровне нескольких микрокельвинов. Есть два типа поляризации, называемые E-модами и B-модами. Это аналогично электростатике, в которой электрическое поле (E-поле) имеет исчезающую гниль, а магнитное поле (B-поле) имеет исчезающую расходимость. E-моды возникают естественным образом из томсоновского рассеяния в гетерогенной плазме. B-моды не стандартными возмущениями скалярного типа. Вместо этого они могут быть созданы двумя механизмами: это гравитационное линзирование E-мод, которое измерено с помощью телескопа Южного полюса в 2013 году; второй - от гравитационных волн, создающих в результате космической инфляции. Обнаружить B-режим очень сложно, особенно потому, что степень загрязнения переднего плана неизвестна, а сигнал гравитационного линзирования смешивает относительно сильный сигнал E-режима с сигналом B-режима.
E-режимы были впервые впервые в 2002 году с помощью интерферометра угловой шкалы (DASI).
Космологи предсказывают два типа B-мод: первый генерируется во время космической инфляции вскоре после Большого взрыва, а второй генерируется гравитационным линзированием при более поздних временах.
Изначальные гравитационные волны - это гравитационные волны, которые можно наблюдать в поляризации космического микроволнового фона и происходящие из ранняя вселенная. Модели космической инфляции предсказывают появление таких гравитационных волн; таким образом, их обнаружение поддерживает теорию инфляции, а их сила может подтверждать и исключать различные модели инфляции. Это результат трех вещей: инфляционного расширения самого пространства, повторного сообщения после инфляции и турбулентного жидкого смешения материи и излучения.
17 марта 2014 г. было объявлено, что прибор BICEP2 обнаружил первый тип B-мод, соответствующие инфляции и гравитационным волнам в ранняя вселенная на уровне r = 0,20 + 0,07. -0,05, который представляет собой количество энергии, присутствующей в гравитационных волнах по сравнению с энергией, присутствующей в других скалярных возмущениях плотности в очень ранняя вселенная. Это было подтверждено, это доказательные доказательства космической инфляции и Большого взрыва, а также против экпиротической модели Пола Стейнхардта и Нила Турока. Однако 19 июня 2014 г. было сообщено о значительном снижении уверенности в подтверждении результатов, и 19 сентября 2014 г. новые результаты эксперимента Планка сообщили, что результаты BICEP2 можно полностью отнести к космической пыли.
Второй тип B-мод был обнаружен в 2013 году с помощью Южнополярного телескопа с помощью космической обсерватории Гершеля. В октябре 2014 года в эксперименте POLARBEAR было опубликовано измерение поляризации B-моды на частоте 150 ГГц. По сравнению с BICEP2, POLARBEAR фокусируется на меньшем участке неба и менее восприимчив к воздействию пыли. Команда сообщила, что измеренная POLARBEAR поляризация B-моды имела космологическое происхождение (и не только из-за пыли) с уровнем достоверности 97,2%.
После открытия CMB, сотни экспериментов с космическим микроволновым фоном были проведены для измерения и определения характеристик излучения. Самый известный эксперимент - это, вероятно, спутник NASA Cosmic Background Explorer (COBE ), который находился на орбите в 1989–1996 гг. И который обнаружил и количественно оценил крупномасштабные анизотропии на пределе своих возможностей обнаружения. Вдохновленные первоначальными результатами COBE о чрезвычайно изотропном и однородном фоне, серия наземных и аэростатных экспериментов позволила количественно оценить анизотропию реликтового излучения на меньших угловых масштабах в течение следующего десятилетия. Основная цель этих экспериментов заключалась в измерении углового масштаба первого акустического пика, для которого COBE не имел достаточного разрешения. Эти измерения позволили исключить космические струны как ведущую теорию формирования космической структуры и предположить, что космическая инфляция была правильной теорией. В течение 1990-х годов первый пик был измерен с увеличением чувствительности, а к 2000 году эксперимент BOOMERanG показал, что самые высокие флуктуации мощности происходят на масштабах примерно в один градус. Вместе с другими космологическими данными эти результаты предполагали, что геометрия Вселенной плоская. Ряд наземных интерферометров обеспечили измерения флуктуаций с более высокой точностью в течение следующих трех лет, в том числе Very Small Array, Degree Angular Scale Interferometer ( DASI) и Cosmic Background Imager (CBI). DASI впервые обнаружил поляризацию реликтового излучения, а CBI предоставил первый спектр поляризации E-моды с убедительными доказательствами того, что он не совпадает по фазе со спектром T-моды.
Карта всего неба mollweide для CMB, созданная на основе 9-летних данных WMAP 
Сравнение результатов CMB из COBE, WMAP и Planck. (21 марта 2013 г.) В июне 2001 г. NASA запустило второй Космическая миссия CMB, WMAP, для более точных измерений крупномасштабных анизотропий на всем небе. WMAP использовал симметричные радиометры с быстрым многомодулированным сканированием и быстрой коммутацией, чтобы минимизировать шум сигналов, не относящихся к небесной сфере. Первыми результатами этой миссии, обнародованными в 2003 году, были подробные измерения углового спектра мощности в масштабе менее одного градус, жестко ограничивая различные космологические параметры. Результаты в целом согласуются с ожидаемыми от космической инфляции, а также с различными другими конкурирующими теориями и подробно доступны в банке данных НАСА по космическому микроволновому фону (CMB) (см. Ссылки ниже). WMAP обеспечивает очень точные измерения малых размеров флуктуаций реликтового излучения (структуры размером примерно с Луна), у которых не было углового разрешения для измерения малых масштабов, наблюдаемых бывшими наземными объектами. интерферометры.
Третья космическая миссия, ESA (Европейское космическое агентство) Planck Surveyor, была запущена в мае 2009 года и провела еще более детальное исследование, пока не была закрыта. в Октябрь 2013 года. Planck использовал и HEMT радиометры, и болометр, и измерил реликтовое излучение в меньшем масштабе, чем WMAP. Его детекторы были испытаны на антарктическом телескопе Viper в качестве эксперимента ACBAR (Arcminute Cosmology Bolometer Array Receiver ), который на сегодняшний день производит самые точные измерения в малых угловых масштабах - и в телескопе Археопс.
21 марта 2013 года европейская исследовательская группа, создавшая космологический зонд Planck, опубликовала карту всего неба миссии (565x318 jpeg, 3600x1800 jpeg ) космического микроволнового фона. Карта показывает, что Вселенная немного старше, чем ожидали исследователи. Согласно карте колебания температуры были отпечатаны на глубоком небе, когда космосу было около 370000 лет. Отпечаток отражает рябь, возникшую еще в период существования Вселенной, за первую нониллионную долю секунды. По-видимому, эта рябь породила нынешнюю обширную космическую сеть из скоплений галактик и темной материи. По данным 2013 года, Вселенная содержит 4,9% обычной материи, 26,8% темной материи и 68,3% темной энергии. 5 февраля 2015 года были опубликованы новые данные миссии Planck, согласно возрасту Вселенной составляет 13,799 ± 0,021 миллиардов лет, а постоянная Хаббла была измерена и составила 67,74 ± 0,46 (км / с) / Мпк.
Дополнительные наземные инструменты, такие как телескоп Южного полюса в Антарктиде и предлагаемый проект Clover, Космологический телескоп Атакама и телескоп QUIET Чили предоставлены дополнительные данные, недоступные из спутниковых наблюдений, возможно, включая поляризацию B-моды.
Необработанные данные CMBR, даже от космических аппаратов, таких как WMAP или Planck, содержат эффекты переднего плана, которые полностью скрывают мелкомасштабную среду космического микроволнового фона. Мелкомасштабная структура накладывается на необработанные данные CMBR, но она слишком мала, чтобы ее можно было увидеть в масштабе необработанных данных. Наиболее заметным из эффектов переднего плана является дипольная анизотропия, вызванная движением Солнца относительно фона CMBR. Дипольная анизотропия и другие, связанные с годовым движением Земли относительно Солнца и многочисленными микроволновыми источниками в плоскости Галактики и в других местах, должны вычтены выявить необычные крошечные изменения, характеризующие мелкомасштабную измененную фона реликтового излучения.
Детальный анализ данных CMBR для создания карт, углового качества мощности и в конечном итоге, космологических параметров сложной вычислительной обработки. Хотя вычисление мощности по карте, в принципе, является основным преобразованием Фурье, разложение карты неба на сферические гармоники,
где 
Применяя функцию угловой корреляции, сумма может быть уменьшена до выражения, которое включает только ℓ и член размер мощности 
На практике сложно учесть влияние шума и источников переднего плана. В частности, на этих передних планах преобладают галактические излучения, такие как тормозное излучение, синхротронное и пыль, которые излучают в микроволновом диапазоне; на практике галактика должна быть удалена, в результате чего карта CMB не является картой всего неба. Кроме того, точечные источники, такие как галактики и скопления, необходимо удалить еще один источник переднего плана, который необходимо удалить, чтобы не искажать короткомасштабную структуру CMB.
Ограничения на многие космологические параметры могут быть получены из их влияния на спектр мощности, и результаты могут быть вычислены с использованием методов Монте-Карло с цепью Маркова выборки.
Когда ℓ = 0, 
Диполь CMB представляет собой самую большую анизотропию, которая находится в первой сферической гармонике (= 1). Когда ℓ = 1, член
Диполь CMB также зависит от кадра. Дипольный момент реликтового излучения можно также интерпретировать как своеобразное движение Земли к реликтовому излучению. Его амплитуда зависит от времени, обусловленного движением Земли по орбите вокруг барицентра Солнечной системы. Это позволяет нам добавить к дипольному выражению члена, зависящий от времени. Модуляция этого срока составляет 1 год, что соответствует наблюдениям, проведенным COBE FIRAS. Дипольный момент не кодирует никакой первичной информации.
Из данных CMB видно, что Земля движется со скоростью 368 ± 2 км / с относительно системы отсчета реликтового излучения (также называемой системой покоя CMB или системой отсчета в котором нет движения через CMB.). Местная Группа (группа галактик, включающая галактику Млечный Путь), кажется, движется со скоростью 627 ± 22 км / с в направлении галактической долготы ℓ = 276 ° ± 3 °, b = 30 ° ± 3 °. Это движение приводит к анизотропии данных (CMB выглядит немного теплее в направлении движения, чем в противоположном направлении). С теоретической точки зрения существования системы покоя реликтового излучения нарушает лоренц-инвариантность в пустом пространстве вдали от галактики. Стандартная интерпретация этого изменения температуры - это простое красное смещение скорости и синее смещение из-за движения относительно реликтового, но альтернативные космологические модели объяснить наблюдаемое распределение дипольной температуры в реликтовом излучении.
Изменение температуры на температурных картах CMB на более высоких мультиполях, или ℓ ≥ 2, считается результатом возмущений плотности в ранней Вселенной., до эпохи рекомбинации. До рекомбинации Вселенная состояла из горячей плотной плазмы электронов и барионов. В такой горячей среде плотной среды электроны и протоны не могут образовывать нейтральные атомы. Барионы в такой ранней космической системы были помещены в систему благодаря эффекту Вселенной Томпсона. Эти явления заставили давление и гравитационные эффекты действовать друг против друга и вызвали флуктуации в фотонно-барионной плазме. Вскоре после эпохи рекомбинации быстрое расширение Вселенной привело к охлаждению плазмы, и эти флуктуации «вморожены» в карты реликтового излучения, которые мы наблюдаем сегодня. Упомянутая процедура произошла при красном смещении примерно z ⋍ 1100.
В связи с тем, что WMAP предоставляет все более точные данные, было много заявлений о том, что CMB демонстрирует аномалии, такие как как очень крупномасштабные анизотропии, аномальные выравнивания и негауссовы распределения. Самый давний из них - это споры о низком мультипольности. Даже на карте COBE было замечено, что квадруполь (ℓ = 2, сферическая гармоника) имеет низкую амплитуду по сравнению с предсказаниями Большого взрыва. В частности, квадрупольная и октупольная (= 3) имеют моды необъяснимое выравнивание друг с другом и с плоскостью эклиптики и равноденствиями. Ряд групп предположили, что это могло быть признаком физики в самых больших масштабах новой; другие группы подозревают систематические ошибки в данных. В целях расчета, из-за переднего плана и проблемы самые большие моды не будут измеряться так же хорошо, как моды с малым угловым масштабом. Анализ проводился на двух картах, у которых были удалены передние планы, насколько это возможно: карта «внутренней линейной комбинации» сотрудничества WMAP и аналогичная карта, подготовленная Максом Тегмарком и другими. Более поздние анализы показали, что эти методы наиболее чувствительны к загрязнению переднего плана от синхротрона, пыли и тормозного излучения, а также из-за экспериментальной неопределенности в монополе и диполе. Полный байесовский анализ мощности WMAP демонстрирует, что квадрупольное предсказание космологии лямбда-CDM согласуется с данными на уровне 10% и что наблюдаемый октуполь не примечателен. Тщательный учет процедуры, используемой для удаления переднего плана с полной карты неба, еще больше значимость выравнивания на ~ 5%. Недавние наблюдения с помощью телескопа Planck, который намного более чувствителен, чем WMAP и имеет большее угловое разрешение, фиксируют ту же аномалию, и поэтому инструментальная ошибка (но не загрязнение переднего плана), похоже, исключена. Совпадение - возможное объяснение, главный ученый из WMAP, Чарльз Л. Беннет предположил, что это совпадение и человеческая психология: «Я действительно думаю, что есть некоторый психологический эффект; люди хотят найти необычные вещи. "
Предполагая, что Вселенная продолжает расширяться и не подвергается Большому стрессию, Большому разрыву, или другая подобная судьба, космический микроволновый фон сначала будет производиться фоновым излучением, создаваемым звездным светом, и, возможно, позже полями фонового излучения процессов, которые могут иметь место в далеком будущем Вселенной,
 | Викискладе есть материалы, связанные с космическими микроволновыми фоновыми картами. |
 | В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Космический микроволновый фон |
