Поглощение реликтового излучения межзвездной средой и загрязнение галактическими микроволновыми фотонами

Вопрос отредактирован 27.06.2018 для ясности. Космическим микроволновым фоном (CMB) часто называют излучение, оставшееся от Большого взрыва, или, точнее, фотоны, отделившиеся от термальной ванны, когда образовались первые атомы.

Когда мы измеряем излучение, т. е. поток фотонов в заданном микроволновом диапазоне (например, от 0,1 до 70 см), в глубоком небе, есть излучения, исходящие из разных галактических источников. Если тщательно исключить вклад фотонов от этих источников, а затем построить график зависимости интенсивности от частоты, можно получить кривую, имитирующую спектр излучения черного тела (ЧТ). Используя это, можно оценить температуру примерно 2,7 К.

В те времена, когда Вселенная была моложе, это фоновое излучение имело гораздо более высокую температуру. Затем он в конце концов остыл с расширением Вселенной до температуры 2,7 К.

Вопрос

∙ Но помимо воздействия расширения Вселенной, не должны ли фотоны реликтового излучения постоянно загрязняться различными источниками света в галактике? Есть ли у нас основания полагать, что галактики не излучают фотоны микроволнового диапазона и не смешиваются с фотонами реликтового излучения? Если да, то на самом деле это не старые фотоны, которые были разделены в ранней Вселенной, и кажется невозможным отделить фотоны реликтового излучения от других микроволновых излучений, которые, вероятно, смешиваются с ним.

∙ Кроме того, каковы основания полагать, что эти старые фотоны дожили до наших дней после отделения, несмотря на то, что они (возможно) постоянно поглощаются межзвездной средой?

∙ Предполагается, что на фотоны реликтового излучения влияет только расширение. Как возможно, что это CMB существует без какого-либо взаимодействия с другими фотонами, исходящими от звезд и т. д.? Фотоны могут взаимодействовать с фотонами более высокого порядка в теории возмущений КЭД, даже если вероятность взаимодействия сильно подавлена.

Ответы (2)

Да, реликтовое излучение может быть частично поглощено пылью или другими галактиками, которые сейчас находятся перед ним, однако, поскольку мы знаем, что спектр должен быть спектром черного тела. Мы можем для определенной точки неба измерить реликтовое излучение на различных длинах волн и посмотреть, какой температурный спектр черного тела лучше всего соответствует этим данным. Таким образом, люди могут делать эти знаменитые карты, на которых видно, как температура реликтового излучения слегка колеблется в различных точках неба. Несмотря на то, что в настоящее время поверх сигнала CMB действительно присутствует некоторый шум, мы можем отфильтровать шум, поскольку сам шум обычно не соответствует спектру черного тела с той же температурой, что и остальная часть CMB.

Но как мы можем быть уверены, что большая часть того, что мы видим на этих картах, является фактическим сигналом, а не шумом? Из расчетов, которые предсказывают распределение элементов во Вселенной, можно показать, что количество фотонов, испускаемых в качестве этого остаточного излучения, было настолько интенсивным, что в ранней Вселенной (когда реликтовое излучение еще имело спектр черного тела Т "=" 10000 К вместо текущего Т "=" 2,7 К ) вся энергия реликтового излучения была настолько интенсивной, что преобладала над полным энергетическим запасом всей видимой Вселенной. Попробуйте представить это! Целая Вселенная, наполненная излучением в тысячи градусов.

Это вселяет в нас уверенность в том, что пара фотонов, испущенных или поглощенных после первоначального излучения реликтового излучения, не меняет основных результатов. Хотя есть целая ветвь физики, специализирующаяся на устранении шума для наблюдения все меньших и меньших структур реликтового излучения.

@ JgL- Но как можно отделить фотонное реликтовое излучение от других микроволновых излучений? Как возможно, что это CMB существует без какого-либо взаимодействия с другими фотонами, исходящими от звезд и т. д.? Мне очень трудно понять, что реликтовое излучение стабильно (т. е. никогда не взаимодействует с другими фотонами), за исключением того, что фотоны реликтового излучения растягиваются по длине волны с расширением Вселенной?
"" без какого-либо взаимодействия с другими фотонами, исходящими от звезд и т. д.?"" "Что заставляет Вас думать, что фотоны действительно взаимодействуют с другими фотонами?
@ Georg- В классической электродинамике Дж. Д. Джексона он утверждал, что в КЭД γ ( п 1 ) + γ ( п 2 ) → γ ( к 1 ) + γ ( к 2 ) возможно. Также дана соответствующая диаграмма Фейнмана. Поэтому почему фотон реликтового излучения не может взаимодействовать с обычными фотонами? Не потому ли, что эти процессы проявляются в более высоком порядке по возмущению и, следовательно, вероятность взаимодействия сильно подавлена?
В КЭД фотоны действительно могут взаимодействовать из-за взаимодействия с «виртуальными» электронами, однако это весьма незначительный эффект. Особенно по сравнению с огромным количеством фотонов реликтового излучения, которые имеют почти идеальный спектр черного тела, нет никаких оснований полагать, что этот пик на определенной длине волны возник из-за такого γ γ рассеяние. Кроме того, есть и другие независимые доказательства, такие как распределение элементов в ранней Вселенной, которые указывают на тот же вывод о том, что Вселенная была очень горячей на более ранней стадии, что предсказывает правильную длину волны реликтового излучения.

Вы заявляете:

Если тщательно исключить вклад фотонов из этих источников

а затем спросите:

Но помимо воздействия расширения Вселенной, не должны ли фотоны реликтового излучения постоянно загрязняться различными источниками света в галактике?

Таким образом, светящиеся источники микроволнового излучения локализованы в галактиках и их звездах и могут быть устранены. Электромагнитное излучение распространяется прямолинейно, и вероятность того, что фотон попадет в частицу пыли и «загрязнит» первичный сигнал, будет способствовать систематическим ошибкам. Изучение ошибок ведется в настоящее время, например здесь .

Кроме того, каковы основания полагать, что эти старые фотоны дожили до наших дней после отделения, несмотря на то, что они (возможно) постоянно поглощаются межзвездной средой?

Разделение означает отсутствие взаимодействий. Плотность межгалактической среды очень мала, порядка 1 атома водорода на метр в кубе до 1 атома на с м 3 , тогда как микроволновое излучение приходит в виде света, т.е. миллионов фотонов.

Предполагается, что на фотоны реликтового излучения влияет только расширение. Как возможно, что это CMB существует без какого-либо взаимодействия с другими фотонами, исходящими от звезд и т. д.

Взаимодействие фотонов с фотонами маловероятно. Вот почему световые лучи накладываются друг на друга и показывают интерференцию, но не рассеиваются друг от друга.

Я хотел бы знать, почему за этот ответ проголосовали отрицательно. Это «кажется» (из моего не очень высокого понимания всего) правильным, и это, безусловно, больше ответ на все вопросы OP, чем JgL (что все еще хорошо)
@peguerosdc Не волнуйтесь, когда у людей есть веская причина проголосовать против, они обычно это заявляют. Многие люди голосуют против из-за того, что им смутно не нравится ответ. В конце концов, голосование - это не система экспертной оценки, потому что любой пользователь с некоторой репутацией может голосовать, независимо от уровня понимания физики.
@peguerosdc Я только что увидел, что за этот ответ не проголосовали, поэтому вы должны иметь в виду «почему у него нет положительных голосов». Это означает, что никто не щелкнул стрелку вверх слева от ответа, никому не понравился ответ настолько, чтобы сделать это. Это не означает «минусование» в системе голосования сайта.
@ user: 1492 правильно, я неправильно подумал, что «0 голосов» означает, что количество голосов по умолчанию равно 1, но кто-то проголосовал против. Мои извинения. Я проголосовал за это сейчас.
Поглощение реликтового излучения межзвездной средой и загрязнение галактическими микроволновыми фотонами
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v