Vì sao ánh sáng cổ của vũ trụ nay trở thành nền vi sóng lạnh gần 2,7 K?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Nền vi sóng vũ trụ, gọi tắt là CMB, là bức xạ còn lại từ giai đoạn vũ trụ nóng và đặc; sự giãn nở đã kéo dài bước sóng của nó tới miền vi sóng ngày nay. Phổ đo được gần phổ vật đen ở nhiệt độ khoảng 2,7 K.
Ánh sáng từng liên tục gặp vật chất
Trong vũ trụ trẻ, các photon thường xuyên bị tán xạ bởi electron tự do. Ánh sáng chưa truyền xa theo cách dễ hình dung như qua một không gian trong suốt.
Khi vũ trụ nguội đi, các electron liên kết vào nguyên tử nhiều hơn, làm giảm mạnh số electron tự do. Bức xạ có thể truyền đi tự do hơn. Dấu ánh sáng chúng ta quan sát trong CMB chủ yếu gắn với giai đoạn này, khoảng 380.000 năm sau Big Bang theo mô hình vũ trụ học hiện nay.
Đó chưa phải ảnh chụp đúng thời điểm khởi đầu, cũng không phải ánh sáng của những ngôi sao đầu tiên.
Giãn nở đổi cách ta nhận ánh sáng cổ
Trong hành trình qua một vũ trụ đang giãn nở, bước sóng của bức xạ được kéo dài. Tần số và năng lượng mỗi photon mà người quan sát hiện nay nhận tương ứng giảm đi.
Vì vậy, một nền bức xạ từng gắn với môi trường nóng không còn phải trông sáng đỏ hoặc trắng trước mắt. Ngày nay cần thiết bị nhạy với vi sóng để đo nó. “Cổ” nói về hành trình và nguồn gốc; “vi sóng” nói về miền phổ đang được nhận.
Nhiệt độ 2,7 K đang mô tả điều gì?
Đó là nhiệt độ đặc trưng khớp với phổ bức xạ gần vật đen. Nó không có nghĩa mọi hành tinh, đám khí và khoảng không quanh chúng ta đều có cùng nhiệt độ ấy.
Các bản đồ CMB nhiều màu thường phóng đại những sai khác nhỏ bằng thang màu biểu diễn. Một vùng đỏ trên bản đồ không nhất thiết là ánh sáng đỏ nhìn thấy; màu đang mã hóa một giá trị đo sau xử lý dữ liệu.
Hiểu lầm: bức xạ nền chỉ là tổng ánh sáng của vô số sao xa. CMB có nguồn gốc nhiệt sớm và phổ đặc trưng khác; tín hiệu tiền cảnh từ thiên hà và các nguồn khác phải được phân biệt khi phân tích.
Ghi nhớ: vũ trụ nguội giúp ánh sáng thoát khỏi tán xạ dày đặc; vũ trụ nở kéo dài bước sóng; phổ hiện tại lưu lại dấu vết của một quá khứ nóng.
Đọc thêm
- Planck gặp bài toán bức xạ vật đen và lượng tử năng lượng ra sao?
- Vì sao bức xạ nhiệt tăng rất mạnh khi vật nóng hơn?