Promieniowanie reliktowe 3.Odkrycie promieniowania reliktowego

   Promieniowanie reliktowe odkryte zostało w najbardziej odpowiednim momencie, już wiosną 1964 roku, ale nie w zaplanowanym badaniu i w nie najbardziej odpowiednim miejscu Raczej bardziej przypadkowo. choć w  Uczeni tak bardzo zaangażowani w jego przewidywanie i w poszukiwania,  nawet o tym nie wiedzieli. Odkrycia dokonali dwaj radioastronomowie Arno Penzias i Robert Wilson. W swej codziennej rutynowej pracy zawodowej wcale nie poszukiwali promieniowania reliktowego. Przypadkiem antena ich odebrała dziwny szum mikrofalowy o długości 7,35 cm, wyraźnie silniejszy od szumu aparaturowego. Nie pomogła zmiana orientacji anteny (i jej oczyszczenie). Promieniowanie było izotropowe. To było to. Odkrycie promieniowania reliktowego przesądziło o słuszności koncepcji Wielkiego Wybuchu. Za swe odkrycie, wymienieni astronomowie otrzymali nagrodę Nobla (1978). Cóż, wpadki zdarzają się nawet czcigodnej komisji noblowskiej, a w dwa tysiące eleven, to już zupełnie (ciemna energia). 

  Odkrycie to zapoczątkowało bardzo intensywne badania. Kosmologia stała się nawet modną dziedziną fizyki, szczególnie w ostatnim dziesięcioleciu. [Mnie te rzeczy bawiły już w dzieciństwie, ale dopiero na stare lata zdobyłem się na to, by upublicznić swe popełnienia. A w trakcie tego upubliczniania, to naturalne, opadła mnie lawina nowych pomysłów, tym bardziej, że zainspirowały mnie nowe odkrycia. Swoją drogą, upublicznić to mogłem stosunkowo niedawno, gdy pojawił się internet, a ja się go nauczyłem. Wbrew pozorom, mój wiek nie odegrał żadnej roli. Pod względem pomysłowości nie ustępowałem młokosom, którzy już trzydzieści lat temu wysłaliby mnie na emeryturę. Może dlatego w głowie mi bezeceństwa – przekonacie się dalej. Kto chciałby je opublikować? Chwała internetowi (jak w kolędzie).] 

    Okazało się, że promieniowanie tła (to reliktowe) wykazuje cechy promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,73K. W naszym grubym oszacowaniu otrzymaliśmy długość fali o jeden rząd dziesiętny wiekszą, choć w dalszym ciągu chodzi o promieniowanie mikrofalowe (wykorzystaliśmy proporcję długości fali i promieni Wszechświata -  z niej wychodziliśmy w naszych oszacowaniach). 
 Ale to było przecież obliczenie na poziomei licealnym, nie uwzględniające innych czynników. Przecież termodynamika fenomenologiczna, to nie wszystko. To by mogło mimo wszystko potwierdzać słuszność samego podejścia.

     Co zaskakujące, promieniowanie to jest izotropowe pomimo, że z wyglądu Wszechświat wcale nie jest jednorodny. Niedawno odkryto bowiem rozległe obszary, w których koncentracja galaktyk przekracza znacznie średnią. Jeden z nich nazwano Wielką Ścianą. Odkryto także obszary, o ktorych istnieniu świadczyłby intensywny, ukierunkowany ruch galaktyk, choć nie są widoczne, jak na przykład Wielki Atraktor*. Wielkoskalowe obiekty tego typu wywierają przemożny wpływ na zachowanie się galaktyk. Stwierdzono na przykład, że Galaktyka (nasza) porusza się z nadspodziewanie dużą prękością 600 km/s w kierunku Wielkiego Atraktora. Okazało się, że obszary wyjątkowo zagęszczone rozdzielone są przez nie mniej rozległe, rzędu setek milionów lat świetlnych, przestrzenie zdawałoby się puste. Badania z pomocą teleskopu Hubble'a (w pierwszych latach tego wieku) ukazują Wszechświat jako coś w rodzaju piany mydlanej, przy czym kondensacje galaktyk na obrzeżach „bąbli”, co ciekawe, pokrywają się przestrzennie z kondensacją materii ciemnej, o której obecności świadczyłby efekt soczewkowania grawitacyjnego. Wskazuje to na konkretny kierunek badań nad genezą galaktyk. Poświęciłem temu odrębny esej. Porównanie to (piana) dość często powraca w książkach poświęconych kosmologii. Jak to wszystko pogodzić z jednorodnością i izotropowością promieniowania reliktowego? Oto jest pytanie. I nad tym jeszcze podumamy.

   Należało więc zbadać jeszcze dokładniej to promieniowanie. Zadanie to powierzono satelicie COBE (Cosmic Background Explorer), wysłanemu na orbitę okołoziemską w listopadzie 1989 roku. Badania te przeprowadzono powtórnie (jeszcze bardziej precyzyjne) dzięki sondzie WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), wyniesionej na orbitę o specjalnej trajektorii: Orbita Lissajous wokół punktu libracyjnego L2 układu Zemia-Słońce, przez rakietę delta 2 w czerwcu 2001 roku. Okazało się, że jednorodność promieniowania reliktowego nie jest absolutna. Oznacza to, że już wtedy, gdy uwolniło się ono od materii substancjalnej (jakieś pół miliona lat po wybuchu), miało temperaturę nie w stu procentach jednakową we wszystkich miejscach. Chyba nie jest to aż tak dziwne zważywszy na to, że proces separacji promieniowania od materii substancjalnej był rozciągnięty w czasie (300 tys. do 700 tys. lat). „Dlaczego był rozciągnięty?” Można zapytać. Można przypuszczać, że ta (wykryta przez satelitę) drobna, zdawałoby się nieistotna, anizotropowość promieniowania, tłumaczy zadziwiający fakt niejednorodności występowania obiektów galaktycznych. Czy rzeczywiście? Może chodzi tu tylko o zbieżność faktów posiadających wspólne źródło? Dlaczego ta anizotropowość promieniowania jest tak znikoma w porównaniu z niejednorodnością wielkoskalową obiektów masywnych? Czy tylko dlatego, gdyż promieniowanie (liczba fotonów) stanowi ogromną przewagę nad liczbą cząstek masywnych (miliard razy więcej, niż barionów)?

*) Zaintetresowanych namawiam do lektury interesującego artykułu przeglądowego: ,,A Map of the Universe” by J.Richard Gott, Mario Jurić, David Shlegel, Fiona Hoyle, Michael Vogeley, Max Tegmark, Neta Bahcal, Jon Brinkmann. Praca ukazała się w Astrophysical Journal (Gott et al., 2005, ApJ, 624, 463)