Det är inte många som tänker på kosmiska mikrovågor när de sminkar maten till lunch varje dag. Samma typ av strålning som en mikrovågsugn använder för att tappa en burrito hjälper astronomer att utforska universum. Det är sant: mikrovågsutsläpp från yttre rymden hjälper till att titta tillbaka på kosmos.
Jagar mikrovågsignaler
En fascinerande uppsättning objekt släpper ut mikrovågor i rymden. Den närmaste källan till icke-jordiska mikrovågor är vår sol. De specifika våglängderna för mikrovågor som den sänder ut absorberas av vår atmosfär. Vattenånga i vår atmosfär kan störa upptäckten av mikrovågsstrålning från rymden, absorbera den och förhindra att den når jordens yta. Det lärde astronomer som studerar mikrovågsstrålning i kosmos att placera sina detektorer på hög höjd på jorden eller ute i rymden.
Å andra sidan kan mikrovågsignaler som kan tränga igenom moln och rök hjälpa forskare att studera förhållanden på jorden och förbättra satellitkommunikation. Det visar sig att mikrovågsvetenskap är fördelaktigt på många sätt.
Mikrovågsignaler kommer i mycket långa våglängder. Detektering av dem kräver mycket stora teleskop eftersom detektorns storlek måste vara många gånger större än själva strålningsvåglängden. De mest kända observatörerna för mikrovågsastronomi finns i rymden och har avslöjat detaljer om föremål och händelser hela vägen fram till universums början.
Kosmiska mikrovågsutsändare
Vårt centrum Vintergatan är en mikrovågskälla, även om den inte är så omfattande som i andra, mer aktiva galaxer. Vårt svarta hål (kallad Skytt A *) är ganska tyst eftersom dessa saker går. Det verkar inte ha en massiv jet, och matar bara ibland stjärnor och annat material som passerar för nära.
pulsarer (roterande neutronstjärnor) är mycket starka källor till mikrovågsstrålning. Dessa kraftfulla, kompakta föremål är bara andra än svarta hål när det gäller densitet. Neutronstjärnor har kraftfulla magnetfält och snabba rotationshastigheter. De producerar ett brett spektrum av strålning, där mikrovågsutsläppet är särskilt starkt. De flesta pulsars kallas vanligen "radiopulsars" på grund av deras starka radioutsläpp, men de kan också vara "mikrovågs ljusa."
Många fascinerande källor till mikrovågor ligger långt utanför vårt solsystem och galax. Till exempel aktiva galaxer (AGN), drivna av supermassiva svarta hål vid sina kärnor avger starka mikrovågor. Dessutom kan dessa svarthålsmotorer skapa massiva strålar av plasma som också lyser ljust vid mikrovåglängder. Vissa av dessa plasmakonstruktioner kan vara större än hela galaxen som innehåller det svarta hålet.
Den ultimata kosmiska mikrovågsberättelsen
1964 forskare vid Princeton University David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke och Peter Roll beslutade att bygga en detektor för att jaga efter kosmiska mikrovågor. De var inte de enda. Två forskare vid Bell Labs - Arno Penzias och Robert Wilson - byggde också ett "horn" för att söka efter mikrovågor. Sådan strålning hade förutsagts i början av 1900-talet, men ingen hade gjort någonting för att söka efter den. Forskarnas mätningar från 1964 visade en svag "tvätt" av mikrovågsstrålning över hela himlen. Det visar sig nu att den svaga mikrovågsglödan är en kosmisk signal från det tidiga universum. Penzias och Wilson fortsatte att vinna ett Nobelpris för de mätningar och analyser de gjorde som ledde till bekräftelsen av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB).
Så småningom fick astronomer medel för att bygga rymdbaserad mikrovågsdetektorer, vilket kan leverera bättre data. Till exempel gjorde Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) satelliten en detaljerad studie av denna CMB från början 1989. Sedan dess har andra observationer gjorda med Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) upptäckt denna strålning.
CMB är efterglödet från big bang, händelsen som sätter vårt universum i rörelse. Det var otroligt varmt och energiskt. När det nyfödda kosmos expanderade sjönk värmens densitet. I grund och botten kyldes det, och den lilla värmen som fanns utspriddes över ett större och större område. Idag är universum 93 miljarder ljusår bred och CMB representerar en temperatur på cirka 2,7 Kelvin. Astronomer betraktar den diffusa temperaturen som mikrovågsstrålning och använder de mindre fluktuationerna i "temperaturen" på CMB för att lära sig mer om universums ursprung och utveckling.
Teknisk samtal om mikrovågor i universum
Mikrovågor avger vid frekvenser mellan 0,3 gigahertz (GHz) och 300 GHz. (En gigahertz är lika med 1 miljard Hertz. En "Hertz" används för att beskriva hur många cykler per sekund något släpper ut, varvid en Hertz är en cykel per sekund.) Detta frekvensområde motsvarar våglängder mellan en millimeter (en tusendels meter) och en meter. Som referens emitterar TV- och radioutsläpp i en lägre del av spektrumet, mellan 50 och 1000 MHz (megahertz).
Mikrovågsstrålning beskrivs ofta som ett oberoende strålningsband men anses också vara en del av vetenskapen om radioastronomi. Astronomer hänvisar ofta till strålning med våglängder i infraröd, mikrovågsugn och UHF-radioband som är en del av "mikrovågsstrålning", även om de tekniskt är tre separata energiband.