Определение: Реликтовое излучение (CMB) — послесвечение ранней Вселенной. Доказательство космологической модели. Изучается в радиоастрономии

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Георгием Гамовым в 1948 году в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать эффективную температуру реликтового излучения, остались неизменны. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Природа излучения

Согласно теории Большого взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоявшую из электронов, барионов и постоянно излучавшихся, поглощавшихся и вновь излучавшихся фотонов. Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, сталкиваясь с ними и обмениваясь энергией — в первые несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва имели место томсоновское (при энергиях много меньше массы электрона) и комптоновское рассеяние (прямое и обратное, γ + e− ↔ γ + e−), а также двойное комптоновское рассеяние (γ + e− ↔ γ + γ + e−, эффективно при температурах выше 1 кэВ) и тепловое тормозное излучение (свободно-свободные переходы электронов в поле протонов и других ядер, e− + p+ ↔ e− + p+ + γ, доминирует при температурах от 1 до 90 эВ). Таким образом, излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютно чёрного тела.

По мере расширения Вселенной космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы, и на определённом этапе замедлившиеся электроны получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией). Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 380 000 лет. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение и составляют те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли. Эти фотоны (в связи с уже идущей рекомбинацией) избежали рассеяния и до сих пор достигают Земли через пространство продолжающей расширяться Вселенной. Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния. Это — самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.

В результате дальнейшего расширения Вселенной эффективная температура этого излучения снизилась почти до абсолютного нуля и сейчас составляет всего 2,725 К.