امواج پس زمينه كيهاني “Cosmic Microwave Background Radiation” يا به اختصار CMB، از اولين مهرهاي تاييد بر نظريه انفجار بزرگ (نظريه اي كه امروزه براي ما بسيار قابل قبول است) هستند. اين تابش هاي الكترومغناطسي كه ايده وجود آنها را ژرژ گاموف ارائه كرده بود، باقيمانده انفجار بزرگ هستند كه به امواج باستاني نيز معروفند. CMB يا امواج ماكروويو زمينه، كامل ترين نمونه يك جسم سياه است كه تا كنون در طبيعت مشاهده شده است. جسم سياه جسمي است كه تمام تابش دريافتي را جذب مي كند و نه اينكه لزوماً جسمي كه به رنگ سياه باشد.
كاوش در امواج پس زمينه كيهاني براي كيهان شناسان و فيزيك دانان از درجه اهميت بالايي برخوردار است چرا كه اطلاعات زيادي از دوران ابتدايي خلقت و تاريخچه كهكشان ها در آنها نهفته است.
به لطف ماهواره هاي COBE,Wmap,PLANK، تصاوير و نقشه هاي دقيقي از اين امواج بدست آمده است. با نگاه كردن اين نقشه ها گويي به دوران نوزادي كيهان مي نگريم يعني در زماني كه عالم سني در حدود 380 هزار سال داشت!
تصوير 1 نقشه اين امواج كه طي سالهاي 1992 تا 2013 توسط اين ماهواره ها بدست آمد را نشان مي دهد. ميزان بهبود تصاوير طي اين سالها، توسط ماهواره هاي مذكور كاملا واضح است.
تا قبل از دوران بازتركيب كيهان براي تابش الكترومغناطيسي كدر بود. در دوران بازتركيب يعني حدود 380 هزار سال بعد از مهبانگ يا همان انفجار بزرگ، زماني بسيار دورتر از تشكيل ستاره ها، هسته هاي اتمي و الكترون ها با يكديگر جفت شدند و اتم هاي خنثي را تشكيل دادند. در اين دوران فوتون ها توانستند از ميان اتم ها و ذرات پراكنده شوند و كيهان براي فوتون ها شفاف شد كه اين زمان آغاز تابش زمينه ريز موج كيهاني است.
در اين دوران امواج پس زمينه كيهاني بسيار داغ بودند اما اكنون پس از حدود 13/8 ميليارد سال ضمن آنكه انرژي آنها به ماده تبديل شد دماي اين امواج نيز كاهش پيدا كرد و سبب شده تا ديگر اكنون آنها با چشم غير مسلح قابل مشاهده نباشند. محاسبه دقيق دماي اين امواج مسئله بسيار حائز اهميتي است.
آرنو پنزياس و رابرت ويلسون كه در سال 1963 با آنتن شيپوري خود اين امواج را به صورت اتفاقي كشف كردند، دماي اين امواج را حدود 3k محاسبه كردند. البته قابل ذكر است اين محاسبه توسط آنها در سال 1965 انجام شد.
فوتون هاي مشاهده شده در تابش پس زمينه كيهاني در زمان بازتركيب تابش شده اند. مشاهدات نشان مي دهد اين تابش تقريبا در تمام جهات آسمان داراي دماي يكساني است. ماهواره COBE دماي اين تابش را 2.73k اندازه گرفت كه اين دما با نتايج حاصل از جسم سياه همخواني زيادي دارد. تصوير 2 مقايسه توزيع دمايي امواج پس زمينه كيهاني را با دماي جسم سياه ايده آل نشان مي دهد.
ناهمسانگردي بستگي يك خصوصيت به جهت گيري آن را در فضا مي گويند. با دقت در نقشه بدست آمده از ماهواره پلانك مشاهده مي كنيم امواج پس زمينه كيهاني داراي افت و خيز هايي مي باشند كه اين افت و خيز ها موسوم به ناهمسانگردي هستند. ناهمسانگردي در اين امواج در نتيجه اختلالات چگالي و دما در زمان مهبانگ اتفاق افتاده است كه از مهمترين ويژگي هاي اين امواج هستند.
با مطالعه و بررسي اين خصوصيت از امواج CMB ميتوانيم اطلاعات ارزشمندي درباره كهكشان ها و شكل گيري آنها بدست بياوريم. به طور كلي بررسي منظم و دقيق اين ويژگي از امواج پس زمينه كيهاني، محك بسيار محكمي براي نظريه هاي كيهان شناسي خواهد بود. طيف تواني ناهمسانگردي ها كه توسط دادههاي ماهواره Wmap حاصل شد در تصوير 3 نشان داده شده است.
ناهمسانگردي ها به دو دسته تقسيم مي شوند.
كه خود شامل موارد زير است
- اثر سَكس-ولف
-اثر دوپلر (بواسطه حركت زمين)
كه خود شامل موارد زير است
- اثر سَكس-ولف ثانويه
- اثر سونيا زِلدوويچ
افت و خيز هاي اوليه در زمان تابش از آخرين سطح پراكندگي و افت و خيز هاي ثانويه بعد از جدا شدن آخرين سطح پراكندگي رخ داده اند. آخرين سطح پراكندگي زماني است كه كيهان شفاف شد و فوتون ها شروع به پويش آزاد كردند. ميتوان گفت اكثر تمامي اطلاعات ما از كيهان اوليه مربوط به اين مقطع است.
قطبش يكي ديگر از ويژگي امواج پس زمينه كيهاني است. قطبش از ويژگي هاي امواج عرضي است كه جهت نوسان را در صفحه عمود بر انتشار موج نشان مي دهد. قطبش امواج پس زمينه كيهاني از نوع خطي بوده كه پراكندگي تامسون فوتون ها در زمان بازتركيب اين ويژگي را در امواج بوجود آورده است. پراكندگي تامسون نوعي از برهمكنش نور و ماده است كه پراكندگي كشسان تابش الكترومغناطيسي را از يك جسم باردار نشان مي دهد.
ناهمسانگردي هاي موجود در تابش پس زمينه كيهاني، بعد از دوران بازتركيب باعث قطبيده شدن اين امواج شده اند. اين قطبش به دو قطبش مدE و مد B تقسيم مي شوند.
آشكار كردن مد B اطلاعات بسيار ارزشمندي در مورد امواج گرانشي حاصل از مِهبانگ را در اختيار كيهان شناسان قرار مي دهد. البته بايد به اين نكته دقت كنيم كه آشكار سازي مد B به دلايلي همانند غبار كيهاني، خطاهاي سيستم و يا اثرات ديگر بسيار پيچيده است.
لكه سرد در نقشه امواج زمينه كيهاني
در داده هاي ماهواره پلانك مسئله تقريباً غير عادي توجه كيهان شناسان را به خود جلب كرده است. در اين نقشه گويي از قسمتي در آسمان علائم ضعيفي دريافت شده است كه كيهان شناسان آن را لكه سرد ناميدند. در تصوير 4 اين قسمت با دايره سياه در پايين قسمت راست تصوير نشان داده شده است.
براي وجود اين منطقه تئوري هاي مختلفي ارائه شده است كه يكي از آنها تلاش براي ارتباط با موضوع "جهان هاي موازي" است. دانشمندان بر این نظر هستند که لكه سرد شاید فضایی بسیار بزرگ و پر از جهانهای مختلف باشد.
صدايي نو، نوري عظيم، اشتياقي در من برانگيخته اند كه هرگز پيش از اين چنين حس شديدي نبوده است.
دانته، كمدي الهي- بهشت
[1] آشنایی با کیهان شناسی، J. V. Narlikar، منیژه رهبر، انتشارات نشر دانشگاهی.
[2] کرانه های کیهان، P. Halpern ، حوریه آقانور، انتشارات هورمزد.
[3] زمينه ريز موج كيهاني، Evand Rhodri، واروژن هارطون، انتشارات مازيار
[4] مقدمهای بر کیهان شناسی نوین، A. Liddel، کامبیز خالقی، انتشارات دانش پژوهان.
[6] http://www.euronews.com/2013/03/21/planck-maps-the-dawn-of-time.
[7] http://sci.esa.int/planck/51551-simple-but-challenging-the-universe-according-to-planck.
