A CMB kimutatása

A 6.16 ábra a CMB mérésének minőségi javulását mutatja 1965-ös rádióantennával történt véletlenszerű felfedezésétől kezdve (Arno A. Penzias és Robert W. Wilson, Nobel-díj 1978), a COBE (Cosmic Background Explorer) űrszonda által kimutatott feketetest jellege és először észlelt anizotrópia-mintázatán keresztül (George F. Smoot és John C. Mather, Nobel díj 2006), majd ennek a WMAP által mért pontosabb változatáig. 2013-ban a Planck űrszonda adatainak első elemzése tovább finomította az anizotrópia-térképet.

A COBE, a WMAP, illetve a Planck által mért foltok nagyságai műszerfüggők, ugyanis a foltok $10^{-5}$ relatív nagyságú anizotrópiáknak felelnek meg, amit csak differenciális hőmérsékletfüggéssel lehetett kimérni. A foltok nagysága a differenciális méréshez használt detektorok szögtávolságával áll kapcsolatban.

6.16. Ábra: A háttérsugárzás felfedezésének és tanulmányozásának lépései. Penzias és Wilson 1965-ben használt mikrohullámú antennája (bal felső kép); hogyan látszott volna a teljes égbolt a Penzias és Wilson által használt műszerrel (jobb felső); a COBE műholdról készült illusztráció, 1992 (bal közép); a COBE által készített égtérkép, amelyen először látszanak az anizotrópiák (jobb közép); a WMAP űrszondáról készült számítógépes ábra (bal alsó); a korai Univerzum térképe mikrohullámokban a WMAP 3 éves adatgyűjtése nyomán (jobb alsó ábra) [http://map.gsfc.nasa.gov/media/081031/081031_1500W.jpg].

A COBE, a WMAP és a Planck által készített égi térképekből le kell vonni egyrészt a galaktikus komponenst (az ábra egyenlítői vonala), másrészt a szonda/Föld/Naprendszer/galaxis mozgásából származó Doppler-járulékot, így jutunk el a pusztán CMB anizotrópia-térképhez. A WMAP 9 éves adataiból származtatott anizotrópia-térkép a 6.17 ábrán látható.

6.17. Ábra: A WMAP 9 éves adataiból készített CMB anizotrópia-térkép. A vörös foltok a legmelegebb, a kékek a leghidegebb tartományokat jelzik, a hőmérsékleti eltérések legfeljebb $\pm 200 \mu$K nagyságúak [http://map.gsfc.nasa.gov/media/121238/ilc_9yr_moll1024.png ].

A Planck 2013-as adatokból származtatott, nagyobb szögfelbontású anizotrópia-térképet a 6.18 ábra mutatja be. A Planck mérései szerint az anizotrópiák elosztásában anomáliák észlelhetők (ezekre már a WMAP megfigyelései is utaltak). Ilyenek az észak-dél aszimmetria, illetve a várható statisztikai eltéréseknél nagyobb hideg folt jelenléte. Ezeket a 6.19 ábra szemlélteti, mely kiemeli az anomáliákat.

6.18. Ábra: A Planck 2013-ban publikált adataiból készített CMB anizotrópia-térkép. A vörös foltok a legmelegebb, a kékek a leghidegebb tartományokat jelzik. A WMAP-térkép zöld színe hozzávetőleg narancs színnek felel meg. [http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=51553 ].

6.19. Ábra: A Planck 2013-ban publikált adataiból készített CMB anizotrópia-térkép, melyen kiemelték az észak-dél anomáliát és a hideg foltot. [http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=51559 ].

Szintén a CMB nagy pontosságú ($\mu$K) mérését végzi az Anktartiszon elhelyezett South Pole Telescope (SPT) is, azonban földi elhelyezkedése miatt csupán az égbolt kisebb tartományát képes észlelni (6.20 ábra).

6.20. Ábra: Az égbolt South Pole Telescope által készített nagy pontosságú, de részleges anizotrópia-térképe [http://bccp.berkeley.edu/dev/wp-content/uploads/2012/10/SPTsky350.jpg ].

A következő alfejezetekben a mérések értelmezéséhez szükséges ismeretanyagba nyújtunk betekintést.