Jak Arno Penzias a Robert Wilson objevili reliktní záření?
Arno Penzias a Robert Wilson narazili při práci s citlivou anténou na slabý mikrovlnný signál, který nešlo vysvětlit známým rušením. V roce 1965 zveřejnili měření, jehož spojení s teorií horkého raného vesmíru zásadně změnilo kosmologii. Dnes tento signál známe jako reliktní záření.
© / kredit: NASA · Zdroj · · Public domain · Úpravy: zmenšení, rámeček a kredit.
Anténa původně nesloužila jen kosmologii
Penzias a Wilson pracovali v Bellových laboratořích v New Jersey s velkou trychtýřovou anténou v Holmdelu, vybudovanou pro výzkum družicové komunikace. Její nízké vlastní rušení se hodilo i pro citlivá radioastronomická měření.
Při pozorování na vlnové délce přibližně 7,35 centimetru zjistili přebytek mikrovlnného šumu. Nešlo o slyšitelný zvuk vesmíru; přijímač zaznamenával elektromagnetické záření a jeho výkon. Astronomové často popisují takový signál ekvivalentní teplotou, aby mohli porovnat jeho intenzitu.
Proč nejdříve hledali chybu
Do přijímače přispívá záření oblohy, atmosféry, okolní země i samotného přístroje. Přebytek proto nebylo možné okamžitě prohlásit za nový kosmologický jev.
Penzias a Wilson kontrolovali vlastnosti přijímače i antény a odstraňovali možné zdroje rušení. Známou součástí příběhu je vyčištění antény znečištěné holuby. Přebytečný signál však přetrvával i po odstranění možných zdrojů rušení a měl přibližně stejnou intenzitu v různých směrech oblohy.
Kdo pomohl rozpoznat význam signálu
Na Princetonské univerzitě souběžně pracovala skupina kolem Roberta Dickeho, do níž patřili James Peebles, Peter Roll a David Wilkinson. Zabývala se možností zachytit záření jako pozůstatek horkého raného vesmíru.
Po kontaktu obou skupin se měření propojilo s kosmologickým výkladem. V roce 1965 vyšly vedle sebe dvě práce: Penziasova a Wilsonova zpráva o přebytku anténní teploty a práce Dickeho skupiny o kosmickém tepelném záření. Pozorování a jeho interpretace tak měly odlišné, navzájem se doplňující autory.
Proč dnešní záření připomíná horkou minulost
V raném vesmíru bylo světlo silně provázáno s nabitými částicemi. Když se vytvořily neutrální atomy a ubylo volných elektronů, mohlo se šířit mnohem volněji. Rozpínání později prodloužilo jeho vlnové délky.
Dnešní reliktní záření má téměř tepelné spektrum odpovídající teplotě asi 2,7 kelvinu. Původní pozorování na jedné vlnové délce však samo nezměřilo celý tento spektrální tvar. Přesné potvrzení jeho podoby a mapy drobných rozdílů přinesly další experimenty včetně družice COBE.
Co bylo vlastním objevem této dvojice
Penzias a Wilson získali v roce 1978 Nobelovu cenu za objev mikrovlnného záření kosmického pozadí. Nešlo o první teoretickou předpověď takového pozůstatku; dřívější práci Gamowa, Alphera a Hermana je třeba odlišovat od skutečného zachycení signálu.
Jejich příběh proto není jen vyprávěním o šťastné náhodě. Ukazuje hodnotu přístroje s dobře známými vlastnostmi a ochoty vyšetřit signál, který původnímu očekávání neodpovídá. Pozdější návaznost shrnuje téma o měření a mapování reliktního záření.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Důležitý objev může začít přebytkem, který se zdá být vadou přístroje. Teprve důkladné kontroly a spojení s fyzikální předpovědí ukázaly, že jde o zprávu z horké minulosti vesmíru.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)