Dipol mikrofalowego promieniowania tła

W XVI w. Galileusz zakwestionowali poglądy Arystotelesa, wierzącego w układ preferowany, w którym środek Wszechświata i położona w nim Ziemia spoczywają. Geniusz z Pizy zaproponował zasadę względności, czym położył fundamenty pod teorię Einsteina. Zasada względności mówi o tym, że we wszystkich układach inercjalnych prawa fizyki są jednakowe, możemy grać w tenisa stołowego w domu bądź na pokładzie spokojnie lecącego samolotu i w przypadku braku turbulencji, nie odczujemy różnicy.

Wszystkie układy odniesienia poruszające się względem siebie ze stałą prędkością są równoważne – Galileusz, 1604 r.

Potwierdzenie zasady względności za pomocą eksperymentu Michelsona-Morleya doprowadziło do powstania przekonania, że nie istnieje preferowany układ odniesienia we Wszechświecie, co stało się jedną z podstaw do stworzenia Szczególnej Teorii Względności.

 

Promieniowanie reliktowe

W 1965 roku dwóch amerykańskich astronomów odkryło mikrofalowe promieniowanie, docierające z każdego kierunku, odpowiadające promieniowaniu ciała o temperaturze około 3 K, za co otrzymali Nagrodę Nobla. Promieniowanie okazało się pozostałością po Wielkim Wybuchu i najwcześniejszych momentach Wszechświata. Fotony tegoż promieniowania przebyły miliardy lat świetlnych, przez cały ten czas zmniejszając swoją energię poprzez rozszerzanie się przestrzeni.

 

Okazuje się, że mikrofalowe promieniowanie tła pozwala na określenie naszej prędkości względem układu, w którym to promieniowanie powstało. Dipol widoczny powyżej zgadza się z efektem Dopplera, gdybyśmy poruszali się z prędkością 368 ± 2 km/s względem całego CMB. Oznacza to, że gdybyśmy wyruszyli z taką szybkością w przeciwnym kierunku, obserwowalibyśmy promieniowanie reliktowe bez dipolu. Oczywiście tańsze i szybsze jest usunięcie go metodą komputerową niż poprzez rozpędzenie teleskopu do tak zawrotnej prędkości. Istnienie dipolu oznacza jednak, że nie każdy układ odniesienia układowi odniesienia równy i istnieje układ preferowany, układ, w którym z każdej strony dociera do nas praktycznie identyczne promieniowanie reliktowe. Grupa lokalna (grupa galaktyk obejmująca galaktykę Drogi Mlecznej) wydaje się poruszać z prędkością 627 ± 22 km/s w kierunku długości galaktycznej l = 276° ± 3°, b = 30° ± 3°. Prędkość Ziemi jest mniejsza, ponieważ składa się na nią kilka dodatkowych ruchów, takich jak ruch wokół Słońca czy ruch Słońca wokół środka galaktyki.

CMB przed korektą komputerową. Kolor niebieski oznacza niższą temperaturę, czyli obszar, od którego się oddalamy. Obszar czerwony oznacza temperaturę wyższą i naszą prędkość w tym kierunku.

CMB po komputerowym usunięciu dipolu. Różnice w energii bardzo niewielkie, praktycznie jednolity Wszechświat.

 

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor AstroNETu, członek KA Almukantarat, praktyki w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN, uczeń technikum informatycznego w Jastrzębiu-Zdroju.