वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी

वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी (इंग्रजी: Cosmic Microwave Background) हे विश्वामध्ये सगळीकडे पसरलेले उष्णता प्रारण आहे. पारंपरिक दृश्य वर्णपटातील दुर्बिणीने आकाशात पाहिले, की काही ठिकाणी तारे, दीर्घिका दिसतात व इतरत्र अंधार दिसतो. पण पुरेश्या संवेदनशील रेडिओ दुर्बिणीने पाहिले असता सर्व दिशांना जवळपास समान तीव्रतेचा मंद प्रकाश दिसतो., ज्याचा तारे व दीर्घिकांशी संबंध नाही असा हा प्रकाश म्हणजेच वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारण आहे. या प्रकाशाची तीव्रता मायक्रोवेव्ह तरंगलांबींमध्ये सर्वात जास्त आहे. अमेरिकन रेडिओ खगोलशास्त्रज्ञ आर्नो पेंझियाज आणि रॉबर्ट विल्सन यानी अनपेक्षितपणे १९६४ साली या प्रारणाचा शोध लावला.^[१]^[२] या शोधासाठी त्यांना १९७८ साली नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.

वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारण हे विश्वाच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या काळातील शिल्लक राहिलेले प्रारण आहे. हे प्रारण हा महास्फोट सिद्धान्ताचा पुरावा मानला जातो. विश्व अगदी सुरुवातीच्या काळात म्हंणजे ताऱ्यांच्या व ग्रहांच्या निर्मितीच्या आधी, अतिशय घन व उष्ण होते आणि ते हायड्रोजन प्लाझ्माच्या धुक्याने व एकसारख्या तीव्र प्रारणाने भरले होते.^[३] जसे विश्व प्रसरण पावले, तसे हायड्रोजन प्लाझ्मा आणि प्रारण थंड होत गेले. विश्व पुरेसे थंड झाल्यावर प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन एकत्र आले व हायड्रोजन अणू तयार झाले. हे अणू भोवतालचे औष्णिक प्रारण शोषू शकत नव्हते. त्यामूळे विश्व अपारदर्शक धुक्याऐवजी पारदर्शक बनले. हे प्रारण म्हणजे वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारण पुढे विश्वामध्ये प्रसार पावत राहिले. जसे विश्व प्रसरण पावले, तसे त्याची तीव्रता व ऊर्जा कमी होत गेली.

वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीचे अचूक मोजमाप विश्वनिर्माणशास्त्रासाठी अतिशय महत्त्वाचे आहे, कारण विश्वाच्या प्रत्येक मॉडेलला या प्रारणाचे स्पष्टीकरण देता आलेच पाहिजे. वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारणाचा वर्णपट २.७२५४८ ± ०.०००५७ केल्व्हिन या तापमानाचा औष्णिक ब्लॅक बॉडी वर्णपट^{[मराठी शब्द सुचवा]} आहे.^[४]

इतिहास

वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीच्या अस्तित्वाचे भाकीत पहिल्यांदा राल्फ अल्फर व रॉबर्ट हर्मन यांनी १९४८ मध्ये वर्तवले होते.^[५]^[६]^[७] अल्फर व हर्मन यांनी वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीचे तापमान ५ केल्व्हिन आहे असा अंदाजही वर्तवला होता. त्यांनी दोन वर्षांनी त्याचे तापमान २८ केल्व्हिन आहे असा पुन्हा नवीन अंदाज वर्तवला. हा चुकीचा अंदाज त्यांनी हबल स्थिरांकाची किंमत चुकीची घेतल्याने लावला होता. त्यामुळे पुढे पहिला अंदाज ग्राह्य धरण्यात आला.

अल्फर व हर्मन यांच्या परिणामांची त्यांनी १९५५ साली जॉन्स हॉपकिन्स विद्यापीठ सोडेपर्यंत भौतिकशास्त्र समूहात चर्चा होत राहिली. पण खगोलशास्त्र समुदायाला त्यावेळी विश्वनिर्माणशास्त्राबद्दल कुतूहल नव्हते. अल्फर व हर्मन यांचे भाकीत याकोव्ह झेल्डोविच आणि रॉबर्ट डिके यांनी स्वतंत्रपणे १९६० च्या दशकाच्या सुरुवातीच्या काळात पुन्हा वर्तवले. वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारणाची प्रत्यक्षात मोजता येणारी गोष्ट अशी ओळख पहिल्यांदा सोव्हिएत युनिअनच्या दोरोश्केविच आणि आयगॉर नोविकोव यांच्या १९६४ च्या वसंत ऋतूत प्रकाशित झालेल्या संक्षिप्त शोधनिबंधातून झाली.^[८] १९६४ साली डेव्हिड विल्किन्सन आणि पीटर रोल या डिकेच्या प्रिन्सटन विद्यापीठातील सहकाऱ्यांनी वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी मोजण्यासाठी डिके रेडिओमीटर बनवायला सुरुवात केली.

१९६४ साली आर्नो पेंझियाज आणि रॉबर्ट विल्सन यांनी होमडेल टाऊनशिप, न्यू जर्सी जवळच्या क्रॉफर्ड हिल येथील बेल टेलिफोन लॅबोरेटरीजमध्ये डिके रेडिओमीटर बनवला, ज्याचा त्यांना रेडिओ खगोलशास्त्र आणि उपग्रह संदेशवहनाच्या प्रयोगांसाठी वापर करायचा होता. २० मे १९६४ साली त्यांनी पहिले मोजमाप घेतले ज्यात त्यांना त्यांच्या अपेक्षेपेक्षा १०० पट जास्त तीव्रतेचा गोंगाट (noise) आढळला.^[९] त्याचे तापमान ४.२ केल्व्हिन होते. हा गोंगाट सर्व दिशांना सारखा होता व दिवस रात्र येत होता. हे प्रारण पृथ्वी, सूर्य किंवा आपल्या दीर्घिकेतून येत नाही याची त्यांना खात्री होती. यंत्राची कसून तपासणी करून, अँटेनातील कबूतरांची घरटी काढून, साठलेला कबूतरांचा मैला काढूनही गोंगाट गेला नाही. मग दोघांनीही हा गोंगाट आपल्या दीर्घिकेच्या बाहेरून येत आहे असा निष्कर्ष काढला. पण अशा कोणत्या रेडिओ स्रोतामुळे असा गोंगाट निर्माण होऊ शकतो याची त्यांना कल्पना नव्हती. त्याच वेळी रॉबर्ट डिके, जिम पीबल्स आणि डेव्हिड विल्किन्सन ६० किमी दूर प्रिन्सटन विद्यापीठात वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीचा शोध घेण्याची तयारी करत होते. पेंझियाजला त्याच्या एका मित्राकडून वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीच्या अस्तित्वाच्या शक्यतेबद्दल समजले व पेंझियाज आणि विल्सनला त्यांच्या शोधाचे महत्त्व समजू लागले. त्यांनी डिकेशी संपर्क साधला. पुढे प्रिन्सटन व क्रॉफर्ड हिल या गटांच्या भेटीत हा गोंगाट वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी असल्याचे स्पष्ट झाले.^[१]^[१०]^[११] पेंझियाज आणि विल्सनला त्यांच्या शोधाबद्दल १९७८ साली भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.^[१२]

हॅरिसन, पीबल्स, यु आणि झेल्डोविच यांच्या लक्षात आले, की आरंभकाळातील विश्वात १०^−४ किंवा १०^−५ या पातळीवर अनियमितता असायला हव्यात.^[१३]^[१४]^[१५] नंतर रशीद सुन्याएव याने या अनियमिततांचा निरीक्षणांवर काय परिणाम होईल याची गणना केली.^[१६] १९८० मधील जमिनीवरील निरीक्षणांवरून वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमीतील अनियमिततांवर अधिकाधिक कडक मर्यादा आल्या. नासाच्या वैश्विक पार्श्वभूमी एक्सप्लोरर (कोबे) मिशनने डिफरन्शियल मायक्रोवेव्ह रेडिओमीटर यंत्राच्या सहाय्याने १९९२ साली प्रसिद्ध झालेल्या शोधात प्राथमिक अनियमिततेवर स्पष्टपणे शिक्कामोर्तब केले.^[१७]^[१८] या गटाला त्यांच्या शोधाबद्दल २००६ साली भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.

हे सुद्धा पहा

रेडिओ खगोलशास्त्र

संदर्भ

^ ^a ^b Penzias, A. A.; Wilson, R. W. (1965). "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s". The Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 142 (1): 419–421. Bibcode:1965ApJ...142..419P. doi:10.1086/148307.
^ स्मूट ग्रूप. "वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारण" (इंग्रजी भाषेत). ०५-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)
^ साचा:Cite serial
^ Fixsen, D. J. (2009). "The Temperature of the Cosmic Microwave Background". The Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 707 (2): 916–920. arXiv:0911.1955. Bibcode:2009ApJ...707..916F. doi:10.1088/0004-637X/707/2/916.
^ Gamow, G. (1948). "The Origin of Elements and the Separation of Galaxies". Physical Review (इंग्रजी भाषेत). 74 (4): 505–506. Bibcode:1948PhRv...74..505G. doi:10.1103/PhysRev.74.505.2.
^ Gamow, G. (1948). "The evolution of the universe". Nature (इंग्रजी भाषेत). 162 (4122): 680–682. Bibcode:1948Natur.162..680G. doi:10.1038/162680a0. PMID 18893719.
^ Alpher, R. A.; Herman, R. C. (1948). "On the Relative Abundance of the Elements". Physical Review (इंग्रजी भाषेत). 74 (12): 1737–1742. Bibcode:1948PhRv...74.1737A. doi:10.1103/PhysRev.74.1737.
^ पेंझियाज. "मूलद्रव्यांचा उगम (The origin of elements)" (PDF). Nobel lecture (इंग्रजी भाषेत). ०९-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)
^ विल्सन. "वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी" (PDF). Nobel lecture (इंग्रजी भाषेत). ०५-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)
^ Dicke, R. H.; et al. (1965). "Cosmic Black-Body Radiation". Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 142: 414–419. Bibcode:1965ApJ...142..414D. doi:10.1086/148306.
^ इतिहास या पुस्तकात दिला आहे: पीबल्स, पी. जे. Principles of Physical Cosmology (इंग्रजी भाषेत). pp. १३९–१४८.
^ "भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक १९७८" (इंग्रजी भाषेत). ०९-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)
^ Harrison, E. R. (1970). "Fluctuations at the threshold of classical cosmology". Physical Review D (इंग्रजी भाषेत). 1 (10): 2726–2730. Bibcode:1970PhRvD...1.2726H. doi:10.1103/PhysRevD.1.2726.
^ Peebles, P. J. E.; Yu, J. T. (1970). "Primeval Adiabatic Perturbation in an Expanding Universe". Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 162: 815–836. Bibcode:1970ApJ...162..815P. doi:10.1086/150713.
^ Zeldovich, Y. B. (1972). "A hypothesis, unifying the structure and the entropy of the Universe". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (इंग्रजी भाषेत). 160 (7–8): 1P–4P. doi:10.1016/S0026-0576(07)80178-4.
^ साचा:Cite conference
^ Smooth, G. F.; et al. (1992). "Structure in the COBE differential microwave radiometer first-year maps". Astrophysical Journal Letters (इंग्रजी भाषेत). 396 (1): L1–L5. Bibcode:1992ApJ...396L...1S. doi:10.1086/186504.
^ Bennett, C.L.; et al. (1996). "Four-Year COBE DMR Cosmic Microwave Background Observations: Maps and Basic Results". Astrophysical Journal Letters (इंग्रजी भाषेत). 464: L1–L4. arXiv:astro-ph/9601067. Bibcode:1996ApJ...464L...1B. doi:10.1086/310075.

[Penzias&Wilson-1] Penzias, A. A.; Wilson, R. W. (1965). "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s". The Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 142 (1): 419–421. Bibcode:1965ApJ...142..419P. doi:10.1086/148307.

[2] स्मूट ग्रूप. "वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी प्रारण" (इंग्रजी भाषेत). ०५-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)

[3] साचा:Cite serial

[apj707_2_916-4] Fixsen, D. J. (2009). "The Temperature of the Cosmic Microwave Background". The Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 707 (2): 916–920. arXiv:0911.1955. Bibcode:2009ApJ...707..916F. doi:10.1088/0004-637X/707/2/916.

[5] Gamow, G. (1948). "The Origin of Elements and the Separation of Galaxies". Physical Review (इंग्रजी भाषेत). 74 (4): 505–506. Bibcode:1948PhRv...74..505G. doi:10.1103/PhysRev.74.505.2.

[6] Gamow, G. (1948). "The evolution of the universe". Nature (इंग्रजी भाषेत). 162 (4122): 680–682. Bibcode:1948Natur.162..680G. doi:10.1038/162680a0. PMID 18893719.

[7] Alpher, R. A.; Herman, R. C. (1948). "On the Relative Abundance of the Elements". Physical Review (इंग्रजी भाषेत). 74 (12): 1737–1742. Bibcode:1948PhRv...74.1737A. doi:10.1103/PhysRev.74.1737.

[8] पेंझियाज. "मूलद्रव्यांचा उगम (The origin of elements)" (PDF). Nobel lecture (इंग्रजी भाषेत). ०९-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)

[9] विल्सन. "वैश्विक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी" (PDF). Nobel lecture (इंग्रजी भाषेत). ०५-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)

[10] Dicke, R. H.; et al. (1965). "Cosmic Black-Body Radiation". Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 142: 414–419. Bibcode:1965ApJ...142..414D. doi:10.1086/148306.

[11] इतिहास या पुस्तकात दिला आहे: पीबल्स, पी. जे. Principles of Physical Cosmology (इंग्रजी भाषेत). pp. १३९–१४८.

[12] "भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक १९७८" (इंग्रजी भाषेत). ०९-०१-२०१६ रोजी पाहिले. |ॲक्सेसदिनांक= मधील दिनांक मूल्ये तपासा (सहाय्य)

[13] Harrison, E. R. (1970). "Fluctuations at the threshold of classical cosmology". Physical Review D (इंग्रजी भाषेत). 1 (10): 2726–2730. Bibcode:1970PhRvD...1.2726H. doi:10.1103/PhysRevD.1.2726.

[14] Peebles, P. J. E.; Yu, J. T. (1970). "Primeval Adiabatic Perturbation in an Expanding Universe". Astrophysical Journal (इंग्रजी भाषेत). 162: 815–836. Bibcode:1970ApJ...162..815P. doi:10.1086/150713.

[15] Zeldovich, Y. B. (1972). "A hypothesis, unifying the structure and the entropy of the Universe". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (इंग्रजी भाषेत). 160 (7–8): 1P–4P. doi:10.1016/S0026-0576(07)80178-4.

[16] साचा:Cite conference

[17] Smooth, G. F.; et al. (1992). "Structure in the COBE differential microwave radiometer first-year maps". Astrophysical Journal Letters (इंग्रजी भाषेत). 396 (1): L1–L5. Bibcode:1992ApJ...396L...1S. doi:10.1086/186504.

[18] Bennett, C.L.; et al. (1996). "Four-Year COBE DMR Cosmic Microwave Background Observations: Maps and Basic Results". Astrophysical Journal Letters (इंग्रजी भाषेत). 464: L1–L4. arXiv:astro-ph/9601067. Bibcode:1996ApJ...464L...1B. doi:10.1086/310075.

[१]

[२]

[३]

[४]

[५]

[६]

[७]

[८]

[९]

[१०]

[११]

[१२]

[१३]

[१४]

[१५]

[१६]

[१७]

[१८]