Patkós András

VII. A kozmikus háttérsugárzásba kódolt Világtörténelem

25. ábra

.

Most fordítsuk meg az időnyíl irányát, és vizsgáljuk a hidrogén ionizációs küszöbe környékén bekövetkezett eseményeket az Univerzum hűlésének (tágulásának) folyamatában. A fotonok hullámhossza az Univerzum méretének növekedésével egyre vörösebb lesz. Az a vöröseltolódási érték, amelynél a fotonok átlagos energiája már nem elég az időről időre hidrogénmolekulává kapcsolódó elektron és proton szétválasztásához, a földi hidrogén spektrumához képest kb. 110000% (!). Ekkor az Univerzum mérete a mainak nagyjából ezrede volt. Ezt a rekombinációnak nevezett jelenséget követően a közel egyenletesen eloszló gáz nem bocsát ki fotonokat, és nem is nyeli azokat el. A rekombináció időszakától mindmáig fotonokkal van tele a Világegyetem, amelyek frekvenciája egyre jobban vörösödik a Világegyetem tágulásával. Ezeket a fotonokat elválasztva a csillagok és a csillagközi gáz újabb keletű fénykibocsátásától, az Univerzum 13 milliárd évvel ezelőtti állapotáról nyerhetünk információt.

Gamow és munkatársai 1948-ban 4,5 Kelvinre becsülték a kozmikus háttérsugárzás fotonjainak mai hőmérsékletét. Az átlagos hőmérsékletnek a mai mérésekből elfogadott értéke 2,725 Kelvin (az utolsó értékes jegy lehet 3 vagy 7 is). Mai környezetünk egy köbcentimétere 410-420 "őskori" fotont hordoz. Ennek a sugárzásnak az átlagos hullámhossza a mikrohullámú tartományban van. A mikrohullámú háttérsugárzást 1964-ben Penzias és Wilson mutatta ki elsőként. Felfedezésükért méltán kaphattak volna régészeti Nobel-díjat, ha létezne olyan. Így maradt a fizikai.

Az egykori forró gázkeverék sűrűsége követte a gravitációt meghatározó sötét anyag sűrűségeloszlásában fellépő kis egyenetlenségeket. Egyben a különböző töltések közötti erőhatás rezgéseket eredményez az egyensúlyi helyzet körül. A rezgésekben a sűrűsödések és ritkulások rajzolata ugyanúgy határozható meg a gömb szimmetriájával bíró Univerzumban, mint egy rezgő rugalmas lapra rászórt homokszemek eloszlásában kialakuló sűrűsödési és ritkulási ábrák (lásd az animációt). Chladni-ábra kialakulása egy rezgő rugalmas lapon. Ezek miatt az ingadozások miatt a háttérsugárzás fotonjainak hőmérsékletében az égbolt különböző irányaiban kis ingadozást várnak. A sűrűbb helyekről nagyobb, a ritkábbakból kisebb frekvenciájú fotonok indultak el az Univerzumot átszelő útjukra. Az ingadozás amplitúdójának az átlaghoz viszonyított nagyságára először 1992-ben tudtak számszerű becslést adni a Cosmic Background Explorer (COBE) mesterséges holdon elhelyezett mikrohullámú detektorok által észlelt sugárzás elemzésével (26. ábra).

26. ábra

27. ábra

28. ábra

Az energiasűrűség relatív ingadozása az átlaghoz képest nagyon kicsinek bizonyult: 1 rész a 100 000-ben, ami a mikro-Kelvin skálán észlelhető. Ez a kis ingadozás egy biliárdgolyó felszínének "rücskösségével" hasonlítható össze. A legkisebb szögkülönbség, amelynek hőmérsékleti differenciáját mérni tudták, 7 fok volt. 1998 és 2001 között az Antarktiszról léggömbön a magaslégkörbe feljuttatott mérőállomással sikerült a hőmérséklet különböző irányban mért értékei közötti ingadozásokat egy fok eltérésű irányokra is megmérni (27. és 28. ábra).