Astronomie

Comment la température du fond diffus cosmologique est-elle mesurée ?

Comment la température du fond diffus cosmologique est-elle mesurée ?


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Comment les missions/télescopes Cosmic Microwave Background mesurent-ils les températures du CMB ? Je comprends que CMB a le spectre de Planck. Je pensais donc qu'une stratégie pourrait être de mesurer la radiance spectrale correspondant à différentes fréquences provenant d'une certaine direction, puis de comparer ces points de données avec la loi de Planck théorique. Cette technique est-elle réalisable en pratique ?


C'est ce qui est fait. Ceci est montré dans une vieille bande dessinée xkcd https://xkcd.com/54/

La courbe montre la distribution des fréquences dans le CMB, et en utilisant la valeur marquée du maximum, vous pouvez déterminer la valeur de T, la température apparente (décalée vers le rouge) du CMB


Comment la température du fond diffus cosmologique est-elle mesurée ? - Astronomie

L'analyse détaillée du rayonnement de fond micro-ondes donne pratiquement notre seule preuve directe des conditions avant la formation des galaxies. La forme spectrale et les écarts par rapport aux isotropies parfaites donnent des preuves (temporelles et angulaires) de l'existence de structures à l'époque de la recombinaison, qui est la dernière vue que nous avons actuellement jusqu'à ce que les galaxies et l'AGN commencent à prendre forme à une époque comme z=10 (ou quoi que ce soit. ). Deux références très utiles pour une grande partie du matériel de ces conférences finales sont Peacock's Physique cosmologique (Cambridge 1999) et Formation de galaxies par Longair (Springer 1998). L'existence d'une époque de recombinaison se produit parce que les densités de matière et de rayonnement ont des dépendances différentes sur le facteur d'échelle cosmique (1/R³ contre 1/R 4 ).

Les cartes les plus connues des fluctuations du bruit de fond proviennent du radiomètre différentiel à micro-ondes (DMR) COBE. Ces images illustrent les produits de données sur quatre ans mesurés à 53 GHz, en coordonnées galactiques avec le centre galactique au milieu. En haut se trouve la température de fond globale (vide à une excellente approximation), puis au milieu, nous voyons le résultat à un étirement agrandi avec la valeur moyenne supprimée. Cela montre le dipôle interprété comme un décalage Doppler dû au mouvement de la Voie lactée par rapport à la sphère de matière maintenant visible rayonnant à l'arrière-plan, et une partie de la contamination résiduelle du premier plan galactique. Enfin, en bas, nous voyons les fluctuations de tout le ciel avec le dipôle supprimé (notez, en passant, que nous ne pouvons séparer aucune structure de dipôle intrinsèque dans le CMBR des effets de notre mouvement relatif). Les fluctuations individuelles aux hautes latitudes galactiques sont désormais importantes (ce qui était une amélioration par rapport aux annonces initiales basées sur des cartes à 2 ans à partir des données). Les expériences de Tenerife et du pôle Sud ont également confirmé des structures individuelles. Les premières cartes de la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson (WMAP), présentées sous les résultats de COBE, ont été une nouvelle avancée et une unification des structures à différentes échelles.

La taille de l'horizon à la surface de dernière diffusion, importante non seulement pour les grandes questions de connectivité causale mais dans la croissance des perturbations, est de 184 (&Omega h²) -1/2 Mpc. Le spectre des fluctuations (généralement considéré comme un spectre de puissance en nombre d'ondes je des fonctions de Bessel sur la sphère, par exemple) est un diagnostic très poussé des processus dans l'Univers primitif, qui a conduit une grande partie des travaux sur l'amélioration des cartes de structure dans le CMBR. Nous nous attendons à un « plateau » Sachs-Wolfe pour les petites valeurs de je, conduisant à un pic acoustique (ou Doppler). L'emplacement de ce pic est sensible à la fois à &Omega et à &Lambda, tandis que son amplitude est sensible presque uniquement à &Omega. Les modèles prédisent également que les harmoniques de ce pic devraient être vus à des valeurs plus élevées de je. Ceux-ci peuvent être explorés avec la publication CMBFAST code (voir Seljak et Zaldarriaga 1996 ApJ 469, 437, plus récemment mis à jour pour inclure à la fois les géométries fermées et ouvertes, avec la différence intéressante que seuls les nombres d'onde sphériques enveloppés spatialement sont autorisés dans le cas fermé). Cette prédiction typique a été extraite du site MAP WWW, qui comprend d'autres versions montrant les effets de divers paramètres cosmologiques :

L'aspect vraiment nouveau des résultats WMAP est de couvrir une large gamme d'échelles angulaires à un rapport signal/bruit élevé en une seule expérience, réduisant considérablement le rôle potentiel des erreurs systématiques. (En fait, pour de faibles valeurs de je, on devient limité maintenant par la variance cosmique - le fait que nous n'avons qu'une seule tranche du premier Universer à observer, et nous devons travailler avec ce qu'il arrive à présenter). En dérivant des quantités cosmologiques, on normalise généralement la puissance à ce que nous voyons localement (disons sur des échelles de 100 Mpc). Le paramètre de densité totale &Omega tot déplace l'emplacement du premier pic (le plus fort) vers le plus petit je pour des valeurs plus élevées, il s'agit d'une mesure de courbure donnant les échelles relatives entre alors et maintenant. La densité baryonique modifie par elle-même les rapports de pics des pics pairs et impairs (par dissipation dans les phases compressives des mouvements acoustiques). De grandes valeurs de la constante cosmologique &Lambda déplacent le premier pic vers le haut je et d'amplitude inférieure, tandis que la densité baryonique et H0 affecter la hauteur des pics. Un moyen utile de comprendre pourquoi de tels effets se produisent est de noter que l'Univers lors de la recombinaison était envahi par un champ de perturbations de vitesse transmis acoustiquement (maintenant cette était différent). Nous voyons ce champ se diviser avec la largeur de décalage vers le rouge du temps qu'il a fallu pour terminer la recombinaison, de sorte que les fluctuations à plus petite échelle seront amorties. Les pics et les vallées indiquent quelles échelles ont eu le bon timing pour interférer de manière constructive ou destructive, car pour un nombre d'onde donné k la phase suit e je s k ts est la vitesse du son.

Bien que brève, l'époque de recombinaison a eu une durée non nulle, ce qui se traduit par une épaisseur finie de décalage vers le rouge. Comme indiqué par Jones et Wyse (1985 A&A 149, 144), les dépendances cosmologiques s'annulent presque parfaitement donnant une fonction de profondeur optique &tau(z) = 0.37 (z/1000) 14,25 . Ainsi, la distribution du décalage vers le rouge de dernière diffusion (en particulier e -&tau d&tau/dz) est fortement pointée, presque gaussienne avec une moyenne de z=1065 et écart type &sigmaz = 80. (Les données WMAP donnent zrec = 1089 ± 97). Ceci modifiera légèrement le spectre par rapport à un corps noir parfait à une seule température, et se manifestera par un amortissement des irrégularités dues à la structure qui est inférieure à la profondeur comoving de cette coque apparente. Les détails du processus de recombinaison ont été récemment réexaminés par Seager, Sasselov et Scott (2000, ApJS 128, 431) en utilisant des codes de transfert radiatifs complets et des modèles sophistiqués pour tous les ions pertinents, qui ont découvert que Peebles (1968 ApJ 153, 1 ) et Zel'dovich et al. (1968 JETP Lett. 28, 146) ont remarquablement réussi à réduire le problème à des équations différentielles approximatives. D'autres détails existent, mais à peu près au niveau d'incertitude dans certaines des vitesses de réaction pertinentes. En évaluant le spectre du rayonnement de fond, il est à noter (voir le traitement de Peacock, par exemple) que la forme thermique du spectre de rayonnement a été établie lorsque brehmsstrahlung était actif à un décalage vers le rouge d'ordre 10 6 et aucune entrée supplémentaire majeure entre alors et la recombinaison est autorisée par les limites existantes sur les écarts par rapport à une forme de Planck.

D'autres développements devraient arriver rapidement, avec la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson de la NASA (WMAP) toujours en activité dans la région L2 et et Planck de l'ESA en préparation. Ceux-ci devraient donner des mesures significatives des harmoniques d'ordre élevé dans le spectre de fluctuation suffisantes pour mesurer les paramètres cosmologiques de base par eux-mêmes.


Fluctuations du fond diffus cosmologique

Le fond diffus cosmologique est le rayonnement de rémanence laissé par le Big Bang chaud. Sa température est extrêmement uniforme dans tout le ciel. Cependant, de minuscules variations ou fluctuations de température (au niveau de la partie par million) peuvent offrir un excellent aperçu de l'origine, de l'évolution et du contenu de l'univers.

Si vous vous approchiez de la Terre à bord d'un vaisseau spatial, la première chose que vous remarqueriez est que la planète est sphérique. En vous rapprochant de la Terre, vous verriez la surface se diviser en continents et en océans. Il faudrait étudier très attentivement la surface de la Terre pour voir les montagnes, les villes, les forêts et les déserts qui recouvrent les continents.

De même, lorsque les cosmologistes ont regardé pour la première fois le ciel des micro-ondes, il y a trente ans, ils ont remarqué qu'il était presque uniforme. Au fur et à mesure que les observations s'amélioraient, ils ont détecté l'anisotropie dipolaire. Enfin, en 1992, le satellite Cosmic Background Explorer (COBE) a effectué la première détection analogue à celle de « montagnes à la surface de la Terre » : il a détecté des fluctuations cosmologiques de la température de fond des micro-ondes. Plusieurs membres de l'équipe scientifique WMAP aident à diriger le programme COBE et à construire le vaisseau spatial. La détection de COBE a été confirmée par l'expérience à bord d'un ballon Far InfraRed Survey (FIRS).

Comparaison des images du ciel COBE et WMAP
Fluctuations vues par COBE Fluctuations vues par WMAP (simulées)

Dans la comparaison des images ci-dessus, les images de gauche produites par l'équipe scientifique de COBE, montrent trois images en fausses couleurs du ciel vues aux fréquences micro-ondes. Les images de droite montrent l'une de nos simulations informatiques de ce que l'expérience WMAP détecte. Notez que WMAP détecte des caractéristiques beaucoup plus fines que celles visibles dans les cartes COBE du ciel. Cette résolution angulaire supplémentaire permet aux scientifiques de déduire de nombreuses informations supplémentaires, au-delà de celles fournies par COBE, sur les conditions dans l'univers primitif.

L'orientation des cartes est telle que le plan de la Voie lactée traverse horizontalement le centre de chaque image. La paire de chiffres supérieure montre la température du ciel micro-ondes dans une échelle dans laquelle le bleu est de 0 Kelvin (zéro absolu) et le rouge est de 4 Kelvin. Notez que la température apparaît complètement uniforme sur cette échelle. La température réelle du fond diffus cosmologique est de 2,725 Kelvin. La paire d'images du milieu montre la même carte affichée à une échelle telle que le bleu correspond à 2,721 Kelvin et le rouge à 2,729 Kelvin. Le motif "quotyin-yang" est l'anisotropie dipolaire qui résulte du mouvement du Soleil par rapport au cadre de repos du fond diffus cosmologique. La paire de figures du bas montre le ciel micro-ondes après que l'anisotropie du dipôle a été soustraite de la carte. Cette suppression élimine la plupart des fluctuations de la carte : celles qui restent sont trente fois plus petites. Sur cette carte, les régions chaudes, représentées en rouge, sont 0,0002 Kelvin plus chaudes que les régions froides, représentées en bleu.

Il y a deux sources principales pour les fluctuations observées dans la dernière figure :

  • Les émissions de la Voie lactée dominent l'équateur de la carte mais sont assez faibles loin de l'équateur.
  • L'émission fluctuante du bord de l'univers visible domine les régions éloignées de l'équateur.
  • Il existe également un bruit résiduel dans les cartes provenant des instruments eux-mêmes, mais ce bruit est assez faible par rapport aux signaux de ces cartes.

On pense que ces fluctuations de température des micro-ondes cosmiques tracent des fluctuations de la densité de matière dans l'univers primitif, car elles ont été imprimées peu de temps après le Big Bang. Ceci étant le cas, ils révèlent beaucoup de choses sur l'univers primitif et l'origine des galaxies et de la structure à grande échelle dans l'univers.


Comment l'arrière-plan des micro-ondes cosmiques montre-t-il que l'univers est en expansion ?

Résumé:: J'ai cherché pendant des semaines et j'ai toujours le doute.
Je sais juste que le scientifique regarde le contenu du CMB et qu'avec la relativité générale, il calcule le taux d'expansion aujourd'hui qui est de 73 km/s/Mpc, mais nulle part il ne dit comment exactement. S'il vous plaît aider.

J'ai cherché pendant des semaines et j'ai toujours le doute.
Je sais juste que le scientifique regarde le contenu du CMB et qu'avec la relativité générale, il calcule le taux d'expansion aujourd'hui qui est de 73 km/s/Mpc, mais nulle part il ne dit comment exactement. Qu'est-ce que le contenu de l'univers a à voir avec la vitesse d'expansion de l'univers aujourd'hui ? S'il vous plaît aider.

Le CMB n'est pas complètement uniforme. Il y a de minuscules fluctuations, preuve d'une non-uniformité qui s'est finalement développée en étoiles, galaxies et amas.

Ma compréhension limitée est que le spectre de puissance de ces fluctuations devrait dépendre du mélange de matière, de rayonnement, de matière noire et d'énergie noire présent dans l'univers. Ainsi, si vous mesurez le spectre de puissance, vous pouvez inverser la prédiction et obtenir une estimation des quantités de chaque type dans l'univers. Ensuite, vous les introduisez dans les équations de Friedmann pour obtenir le facteur d'échelle et ses dérivées à tout moment, et donc ##H_0##.

Résumé:: J'ai cherché pendant des semaines et j'ai toujours le doute.
Je sais juste que le scientifique regarde le contenu du CMB et qu'avec la relativité générale, il calcule le taux d'expansion aujourd'hui qui est de 73 km/s/Mpc, mais nulle part il ne dit comment exactement. S'il vous plaît aider.

J'ai cherché pendant des semaines et j'ai toujours le doute.
Je sais juste que le scientifique regarde le contenu du CMB et qu'avec la relativité générale, il calcule le taux d'expansion aujourd'hui qui est de 73 km/s/Mpc, mais nulle part il ne dit comment exactement. Qu'est-ce que le contenu de l'univers a à voir avec la vitesse d'expansion de l'univers aujourd'hui ? S'il vous plaît aider.

Le CMB est généralement considéré comme une preuve du modèle du big bang car il vérifie apparemment l'expansion de l'espace due au décalage vers le rouge du spectre du corps noir parfait mesuré, mais nous ne savons pas réellement quelle était sa température (ou sa longueur d'onde) lors de la recombinaison via l'observation . La température de recombinaison peut être estimée en utilisant la théorie de l'équilibre, mais pour autant que je sache, ce processus n'est pas indépendant de la température actuelle du CMB.

Selon moi, l'existence du CMB aux longueurs d'onde micro-ondes est suffisante aux yeux de la plupart des gens pour confirmer le modèle du big bang, car il serait requis par ce modèle. Cependant, il existe d'autres preuves indépendantes de l'expansion de l'espace, telles que les travaux de Hubble et Lemaitre sur les corrélations du décalage vers le rouge des galaxies.

Sur une autre note, le CMB offre également des indications d'inflation ainsi que des preuves d'énergie noire (expansion accélérée, voir "late-time integrated Sachs Wolfe effect", qui font tous deux allusion à l'expansion de l'univers.

Mon problème est simplement que l'estimation du décalage vers le rouge du CMB dépend elle-même de la température actuelle (équation de Saha). Nous utilisons donc la température observée aujourd'hui pour calculer le redshift de recombinaison, qui est ensuite utilisé pour calculer la température du CMB à la recombinaison. Ce qui est bien tant que nous ne nous appuyons pas sur cela comme preuve d'expansion. Peut-être que ce n'est pas pertinent, mais cela me semble un peu autoréférentiel. Je dirais que le CMB s'intègre bien dans le modèle actuel, mais les preuves d'expansion proviennent de mesures directes, par ex. corrélations du décalage vers le rouge des galaxies.

Pas entièrement. Nous pouvons détecter des raies spectrales dans le CMB, mais pas avec une très grande précision. Nous avons donc au moins un contrôle indépendant approximatif sur les calculs impliquant la température.

Aussi, on peut mesurer la température du CMB aujourd'hui très précisément, puisque nous avons son spectre sur une très large gamme de fréquences. Je ne vois donc pas pourquoi c'est un problème que la température aujourd'hui soit l'une des entrées que nous devons utiliser.

Non, vous avez ceci à l'envers. La méthode d'estimation du redshift CMB de cette manière implique d'abord de connaître à la fois les températures - la température actuelle, que nous mesurons directement, et la température à la recombinaison, que nous calculons sur la base des propriétés connues de l'hydrogène. Le rapport de ces deux températures donne alors le redshift du CMB d'hier à maintenant.

Le décalage vers le rouge, calculé comme ci-dessus, est une preuve directe de l'expansion, car le décalage vers le rouge donne directement le facteur par lequel l'univers s'est étendu de la recombinaison à maintenant. (Pour être précis, ce facteur d'expansion est ##1 + z##.) Le seul facteur de confusion possible, qui est présent dans les observations de galaxies, à savoir que les galaxies individuelles ne bougent pas en général exactement avec le flux de Hubble, n'est pas là avec le CMB puisqu'il est exactement comoving avec le flux Hubble.

Oui je suis d'accord. L'équation de Saha apparaît dans le calcul de l'équilibre et la température de recombinaison est liée à la température actuelle via le redshift (c'est-à-dire dépendant du modèle).

Il est possible que je ne comprenne pas le processus, c'est vrai, mais ce n'est pas vraiment ce que je voulais dire ou ce qui cause de la confusion / de la consternation, et juste pour ajouter, mon message initial était destiné à sympathiser avec le manque de satisfaction d'OP vis-à-vis de la nature des preuves.

Je pense que le problème ici est ma compréhension (et peut-être d'autres personnes) de ce qui constitue une preuve d'observation. Si nous mesurons que le rayonnement de fond est dans la gamme des micro-ondes, il n'y a rien d'autre que notre modèle cosmologique qui nous indique que cela est dû à un décalage vers le rouge. Par conséquent, une telle conclusion n'est pas indépendante du modèle, alors cette mesure peut-elle vraiment être une preuve solide de la validité du même modèle ? Bien sûr, cela confirme certaines prédictions du modèle, si et seulement si le rayonnement s'est réellement décalé vers le rouge. (Oui, un univers statique pourrait avoir du mal à l'expliquer, c'est vrai, mais ce n'est toujours pas une arme fumante imo.)

Regardez les mesures de décalage vers le rouge spectroscopiques. Ce sont des mesures réelles du mouvement et sont indépendantes du modèle (quelle que soit la nature réelle du mouvement). Nous n'avons pas besoin de recourir aux relations distance-décalage vers le rouge pour savoir que la distance entre nous et la source change d'une manière ou d'une autre, nous pouvons réellement le voir ! Quand on observe qu'il y a aussi une relation entre le taux de changement et la distance, et cela s'applique partout dans le ciel, on ne peut vraiment conclure qu'une seule de deux choses : 1) soit nous sommes au centre de tout, 2) tout s'éloigne de tout le reste. Dans l'un ou l'autre modèle que nous choisissons, nous avons une expansion : pourvu que nous croyions au deuxième postulat d'Einstein, il ne peut pas s'agir d'un mouvement particulier.

C'est pourquoi je dis que l'expansion n'est pas immédiatement évidente en mesurant une courbe de Planck avec une température de 2,7K.


Le fond cosmique des micro-ondes : une explication plausible (mais différente).

La plupart des gens ici semblent connaître le CMB. Qu'est-ce que c'est?

Le fond diffus cosmologique, dans la cosmologie du Big Bang, est un rayonnement électromagnétique qui est un vestige d'un stade précoce de l'univers, également connu sous le nom de "rayonnement rélique". Le CMB est un faible rayonnement de fond cosmique remplissant tout l'espace. Wikipédia

L'idée conventionnelle est donc que le CMB est comme un flash restant du Big Bang. Y a-t-il une autre façon d'expliquer le CMB?

Une possibilité implique l'entropie.

L'entropie est ce qui équilibre l'énergie. L'entropie est la raison pour laquelle, comme les charges se repoussent, les contraires s'attirent et pourquoi l'énergie passe d'une concentration élevée à une faible concentration.

Allumez une lumière et son énergie rayonne dans l'espace à cause de la dispersion entropique. Maintenant, étendez simplement la même idée à l'univers entier.

Si l'Univers avait un commencement, et s'il n'est pas infini (puisqu'il est considéré comme en expansion), alors l'Entropie dispersera une certaine quantité d'Énergie dans le volume existant de l'espace (c'est-à-dire l'Univers)

Puisque l'Univers n'est pas infini et qu'il contient une quantité d'énergie non nulle, il doit y avoir un niveau d'énergie de base non nul pour l'Univers.

Cette énergie serait de nature radiative (c'est-à-dire des photons de faible énergie ou des longueurs d'onde de lumière à très faible énergie).

La température réelle du fond diffus cosmologique est de 2,725 Kelvin. Et à seulement 2,75 degrés autour du zéro absolu, le CMB peut représenter le sous-sol de l'énergie entropique de l'Univers.

L'énergie étalée dans le temps prend du temps. Vous pourrez peut-être utiliser la température du CMB comme un moyen différent de déterminer l'âge de l'Univers.


Nouvelle recette cosmique

Au-delà des anomalies, cependant, les données de Planck se conforment spectaculairement bien aux attentes d'un modèle assez simple de l'Univers, permettant aux scientifiques d'extraire les valeurs les plus raffinées à ce jour pour ses ingrédients.

La matière normale qui compose les étoiles et les galaxies ne contribue que pour 4,9% à la densité masse/énergie de l'Univers. La matière noire, qui n'a jusqu'à présent été détectée qu'indirectement par son influence gravitationnelle, représente 26,8%, soit près d'un cinquième de plus que l'estimation précédente.

Inversement, l'énergie noire, une force mystérieuse considérée comme responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers, représente moins qu'on ne le pensait auparavant.

Enfin, les données de Planck ont ​​également défini une nouvelle valeur pour la vitesse à laquelle l'Univers s'étend aujourd'hui, connue sous le nom de constante de Hubble. À 67,15 kilomètres par seconde par mégaparsec, c'est nettement moins que la valeur standard actuelle en astronomie. Les données impliquent que l'âge de l'Univers est de 13,82 milliards d'années.

"Avec les cartes les plus précises et détaillées du ciel micro-ondes jamais réalisées, Planck brosse une nouvelle image de l'Univers qui nous pousse aux limites de la compréhension des théories cosmologiques actuelles", a déclaré Jan Tauber, scientifique du projet Planck de l'ESA.

« Nous voyons un ajustement presque parfait au modèle standard de la cosmologie, mais avec des caractéristiques intrigantes qui nous obligent à repenser certaines de nos hypothèses de base.

« C'est le début d'un nouveau voyage et nous espérons que notre analyse continue des données de Planck aidera à faire la lumière sur cette énigme. »


Abstrait

Nous présentons un test de cohérence interne des mesures du télescope du pôle Sud (SPT) de l'anisotropie de la température du fond diffus cosmologique (CMB) en utilisant les données à trois bandes de l'enquête SPT-SZ. Ces mesures sont faites à partir d'observations de ∼ 2500 ° 2 de ciel dans trois bandes de fréquences centrées à 95, 150 et 220 GHz. Nous combinons les informations de ces trois bandes en six estimations semi-indépendantes du spectre de puissance CMB (trois spectres de puissance à fréquence unique et trois spectres à fréquences croisées) sur la plage multipolaire 650<ℓ<3000. Nous soustrayons une estimation de la puissance de premier plan de chaque spectre de puissance et évaluons la cohérence entre les spectres CMB uniquement résultants. Nous déterminons que les six spectres de puissance nettoyés au premier plan sont cohérents avec l'hypothèse nulle, dans laquelle les six spectres nettoyés ne contiennent que de la puissance et du bruit CMB. Un ajustement des données à ce modèle donne une valeur 2 de 236,3 pour 235 degrés de liberté, et la probabilité de dépasser cette valeur χ 2 est de 46 %.

Note bibliographique


Qu'est-ce que le fond diffus cosmologique en sciences physiques ?

Cliquez pour lire la réponse complète. Simplement, que nous dit le fond diffus cosmologique ?

Le CMB le rayonnement nous dit l'âge et la composition de l'univers et soulève de nouvelles questions auxquelles il faut répondre. le Fond de micro-ondes cosmique, ou CMB, est radiation qui remplit l'univers et peut être détecté dans toutes les directions. Micro-ondes sont invisibles à l'œil nu et ne peuvent donc pas être vus sans instruments.

quelle est la température du fond diffus cosmologique ? 2.725 K

De même, qu'entend-on par rayonnement de fond cosmique ?

Rayonnement de fond cosmique est un électromagnétique radiation du Big Bang. L'origine de ce radiation dépend de la région du spectre observée. Un composant est le fond de micro-ondes cosmique.

Pourquoi le rayonnement de fond cosmique micro-ondes est-il si uniforme ?

le fond de micro-ondes cosmique est la rémanence radiation les restes du chaud Big Bang. Sa température est extrêmement uniforme partout dans le ciel. Cependant, de minuscules variations ou fluctuations de température (au niveau de la partie par million) peuvent offrir un excellent aperçu de l'origine, de l'évolution et du contenu de l'univers.


L'univers gonflable

Un globe gonflable de 12 pouces (ballon de plage) peut être utilisé comme modèle de l'univers observable. La surface de la balle représente la plus éloignée que nous puissions voir en lumière micro-ondes, la plus ancienne lumière visible de l'univers. Le ballon présente l'image du bébé créée à peine 378 000 ans après le Big Bang,

Il y a 13,8 milliards d'années, avant que les planètes, les étoiles ou les galaxies n'existent ! Les motifs impliquent un univers dominé par une mystérieuse "énergie sombre" et une "matière noire" exotique. Cette image du ciel plein de lumière micro-ondes a été capturée par la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson (WMAP). L'équipe WMAP a créé un ballon de plage gonflable spécial avec une représentation du motif lumineux des micro-ondes pour aider le public à comprendre d'où vient cette lumière. Ce projet a maintenant 10 ans et la réserve de balles est malheureusement épuisée. A la place du ballon de plage aujourd'hui disparu, voici un ballon en papier que l'on peut découper et assembler :

Points chauds et froids

Les couleurs indiquent les variations de température de la lumière au sein du jeune univers, rouge pour le plus chaud, bleu pour le plus frais. Ces légères variations de température ont été causées par de légères variations dans la densité de la matière à partir de laquelle la lumière a été diffusée en dernier lieu. Mais la bande rouge le long de l'équateur du globe est un signal micro-ondes de premier plan beaucoup plus récent/plus proche/plus fort de notre galaxie de la Voie lactée.

Les tailles des points chauds et froids permettent aux scientifiques de calculer des valeurs fondamentales pour la forme, la taille, l'âge, le taux d'expansion (et plus) de notre univers.

Si la lumière micro-ondes était déplacée vers le spectre visible et amplifiée, notre œil verrait un arc-en-ciel coloré de taches à travers tout le ciel. 2,7251 kelvins

2.7249 kelvins

Modèle de l'univers de 12 pouces

La boule de 12 pouces (avec un rayon de 6 pouces) peut représenter la distance que la lumière a pu parcourir au cours des près de 13,7 milliards d'années depuis que la matière de l'univers s'est refroidie à moins de 3000 kelvins. Nous sommes au centre de cette bulle de lumière, mais bien plus souvent ce volume d'espace existe à l'extérieur de cette bulle, nous ne pouvons tout simplement pas encore voir sa lumière. Chaque année, la bulle de l'univers observable s'agrandit un peu à mesure qu'une nouvelle lumière atteint nos yeux. La bulle se dilate à mesure que le tissu de l'espace lui-même s'étire. La lumière s'étire et se refroidit (semblable à la distribution de la même quantité d'énergie dans un four en expansion continue) vers la température ultime de "zéro absolu" (0 kelvins).

La lumière des premières étoiles est apparue environ 400 millions d'années après le Big Bang. Pourtant, dans le modèle ci-dessus, la distance par rapport au bord de la balle est beaucoup plus grande (environ 10 milliards d'années-lumière). C'est le résultat de l'expansion du tissu de l'espace. L'univers était plus compressé, mais en expansion plus rapide qu'il ne l'est aujourd'hui.

Ce que WMAP voit

La différence de température mesurée maintenant entre les points les plus froids et les plus chauds est extrêmement faible, mais l'univers primitif était très chaud. Lorsque la densité moyenne de la matière dans l'univers était comparable à celle de l'air au niveau de la mer, sa température était de 2,73 milliards de degrés ! (La densité moyenne aujourd'hui est l'équivalent d'environ un proton par mètre cube.) À ces températures, les protons et les électrons ne pouvaient pas se lier ensemble pour former des atomes neutres. Les électrons libres ont dispersé le rayonnement de fond cosmique tout comme les gouttes d'eau diffusent la lumière visible dans les nuages, de sorte que l'univers primitif apparaîtrait comme un brouillard dense. Au fur et à mesure que l'univers s'étendait, il se refroidissait. 378 000 ans après le Big Bang, il faisait suffisamment froid pour que les protons et les électrons se combinent en hydrogène neutre. L'hydrogène neutre est transparent, de sorte que le rayonnement de fond cosmique a voyagé librement à travers l'univers depuis ce temps.

Par temps nuageux, nous pouvons regarder dans les airs pour voir la surface des nuages. De même, nous pouvons voir à travers l'univers jusqu'à l'endroit où il était rempli d'électrons libres et voir le « brouillard dense » qui a rempli l'univers primitif. La raison pour laquelle nous pouvons « voir » l'univers primitif est que nous voyons les objets tels qu'ils étaient dans le passé en raison du temps qu'il faut à la lumière pour voyager dans l'espace. Par exemple, nous voyons le Soleil tel qu'il existait 8 minutes plus tôt. Nous voyons la "surface du nuage" à partir de laquelle le rayonnement de fond cosmique a été diffusé pour la dernière fois, tel qu'il existait il y a 13,7 milliards d'années.

Vous pouvez en savoir plus sur la mission WMAP et les solutions à certains des mystères de notre cosmos, à partir de la page d'accueil WMAP.

Remarques: La présentation de l'image sur le ballon de plage ci-dessus a été définie pour être vue de la même manière qu'un guide de constellation gonflable. Tenez-le vers le ciel et vous pouvez faire correspondre les motifs de la balle aux motifs du ciel. Donc techniquement l'image est inversée si vous étiez positionné en dehors de la bulle de lumière que nous pouvons voir. Mais cela n'a aucune importance dans l'analyse scientifique de l'image.


5. RÉSUMÉ ET CONCLUSIONS

Les méthodes d'étalonnage du FIRAS ont été décrites et la précision estimée. Toutes les estimations de précision récentes de la température du CMB concordent à 2,5 fois leurs incertitudes. Ces estimations ont été faites avec une variété de méthodes à partir de différentes plates-formes et de différentes fréquences. La combinaison de toutes les estimations donne un 2 très modestement élevé et une meilleure estimation de la température absolue de 2,72548 ± 0,00057 K.

je remercie le WMAP équipe pour fournir les cartes du ciel lissées en unités de vitesse. Un merci spécial à J. Weiland et G. Hinshaw.