Сансарын богино долгионы үлдэгдэл цацаргалт

“Та Асуу, Би Хариулая” буланд уншигч Гэрэлтуяагийн тавьсан асуулттай холбогдуулан cosmic microwave background (CMB) буюу сансарын богино долгионы үлдэгдэл цацрагийн (СБҮ) тухай жаахан тайлбар бичлээ.

Бидний байгаа энэ ертөнц хэрхэн үүсэж хувьсаж бидний одоогийн байгаа энэ үе шатанд ирсэн бэ гэдгийг хамгийн сайн тайлбарлаж байгаа онол нь Их Тэсрэлтийн онол юм. Энэ онолд шийдэгдээгүй асуудлууд бий, гэхдээ түүнээс илүү маш олон зүйлийг өндөр нарийвчлалтайгаар тайлбарлаж байгаа өөр онолыг бид одоогоор мэдэхгүй. Энэ онол нь бодит үнэнтэй маш ойрхон гэдгийг харуулах баримт хэмжилтүүд уул овоо шиг их бий.

Их тэсрэлтийн онол нь ертөнц дөнгөж үүсээд байхдаа маш халуун нягт байсан бөгөөд, орон зайн хувьд тэлэхийн хирээр доторх хий нь хөрнө гэдгийг урьдчилан хэлдэг. Тийм учираас хэрвээ энэ онол маань үнэн зөв бол бидний байгаа ертөнц яг их тэсрэлтийнх нь үлдэгдэл гэж хэлж болохуйц энэ хөрөлтөөс үүссэн цацаргалтаар дүүрсэн байх учиртай юм.

Ийм цацаргалт оршин байх ёстой гэсэн санааг анх 1948 онд Ралф Алфер, Роберт Херман болон Жеорж Гамов нар их тэсрэлт хэрхэн ертөнцөд ямар ямар элементүүдийг бий болгосоныг судалсан ажилдаа гаргаж дэвшүүлж байв. Яг энэ зүйл үнэхээр оршин байдаг гэдгийг нь Бэлл Телефон Лабораторийн ажилтангууд болох Арно Пензиас болон Роберт Вилсон нар санаандгүй байдлаар 1965 онд холбооны радио антенаар ажигласан юм. Тэдний лабораторидоо зориулан угсарж байсан радио хүлээн авагчинд илүүдэл шуугиан маягаар тэрхүү цацаргалт нь ажиглагдаж байв. Яг энэ үед Принстоны Их Сургууль дээр Роберт Дикегээр удирдуулсан судлаачдын баг энэ богино долгионы цацаргалтыг ажиглах сансарын дурангийн төсөлийг боловсруулж байв. Тэд Бэлл лабораторийн ажилтнуудын үр дүнг сонсмогцоо тэдэнтэй холбогдож 1965 онд хамтран Бэлл лабораторийнхоны хийсэн хэмжилт болон тэр хэмжилтийн онолын талын асуудлыг нь тайлбарласан хоёр нийтлэлийг Астрофизикийн (Astrophysical Journal, 48-р боть) сэтгүүлд хэвлүүлжээ. Хожим нь 1978 онд Пензиас болон Вилсон нар физикийн салбарын Нобелийн шагналыг хамтран хүртсэн юм.

Өнөөдөр энэхүү цацаргалт нь маш хүйтэн, ердө 2.73 Кельвин (Цельсийн -270 градус!), тиймээс цахилгаан соронзон долгионы богино долгионы мужид хамгийн хүчтэй байх буюу хүний нүдэнд харагдахгүй. Гэхдээ энэ цацаргалт нь ертөнцийг тэр чигт нь дүүргэх бөгөөд хэрвээ хүний нүд богино долгионы мужид хардаг байсан бол тэнгэр маань тэр чигтээ энэ цацаргалтаар дүүрэн харагдах байсан. Хамгийн сонирхолтой нь аль ч зүгээс ирж буй цацрагуудын температурын ялгаа нь 0.001-ээс бага маш жигд учираас тэнгэрийн хашаа ч харсан бидэнд яг адилхан харагдах байсан (энэ жигд чанарыг нь изотроп чанар гэнэ). Ертөнцийг тэр чигт нь бүрхэх ийм жигд байдалтай цацаргалтыг өөр ямар нэгэн эх үүсвэр бий болгох боломжгүй бөгөөд олон эрдэмтэд энэ талаас нь судалж үзсэн хэдий ч ямар ч үр дүнд хүрээгүй. Доорх зурган дээр энэ цацаргалтын температурыг хиймэл өнгөөр тэнгэрийн координатууд дээр дүрсэлж байна:

СБҮ-ийн изотроп чанар, хаашаа ч харсан маш адилхан. Зохиогч:  http://map.gsfc.nasa.gov/

СБҮ-ийн изотроп чанар, хаашаа ч харсан маш адилхан. Зохиогч: http://map.gsfc.nasa.gov/

Гэрэл нь тодорхой хязгаартай хурдаар (300,000 км/сек) тархдаг учираас алс хол орших биетүүдийг ажиглах нь нэг ёсондоо өнгөрсөн үеийг харж байгаа гэсэн үг (жишээ нь манай нар дэлхийгээс 150 сая км-ийн зайд оршдог. Тиймээс таны харж байгаа нарны гэрэл нь ойролцоогоор 8.4 минутын өмнөх нарыг дүрсэлнэ). Шөнийн тэнгэрт энгийн нүдэнд харагддаг ихэнх одод нь 100 хүртэлх гэрлийн жилийн цаана оршино, тэхээр бид тэдний 100 жилийн өмнөх гэрлийг нь л харж байгаа гэсэн үг. Манай галактиктай хамгийн ойрхон орших Андромеда галактик нь биднээс 2.5 сая гэрлийн жилийн цаана байдаг тул, түүнийг бид 2.5 сая жилийн өмнөх байдлаар нь харж байгаа гэсэн үг.

Харин СБҮ цацаргалт нь их тэсрэлтээс хойш ердөө хэдэн зуун мянган жилийн дараа анхны одод бий болхоос ч хамаагүй өмнө буюу одоогоос 13.7 тэрбум жилийн өмнө үүссэн юм. Энэ цацаргалт нь ийм их орон зай цаг хугацааг туулан бидэн дээр ирж байгаа тул түүнийг нарийвчлан судласнаар бид ертөнц анх үүсээд ерөнхий байдлаар ямар шинж чанартай байсан тухай маш олон зүйлийг ойлгож авч чадна.

Өнгөрсөн зууны одонорны хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг нь манай ертөнц тэлэж байгааг илрүүлсэн судалгаа юм. Хэрвээ манай ертөнц одоо тэлж байгаа бөгөөд түүхэнд ч гэсэн тэлсээр ирсэн бол бүр дээр үедээ маш жижиг, маш нягт мөн маш халуун байсан гэсэн үг. Бидэнд ажиглагдаж буй ертөнц одоогийн байгаагаас 2 дахин бага хэмжээтэй байхад, материйн нягт нь одоогийнхоос 8 дахин их ба СБҮ-ийн температур нь одоогийнхоос 2 дахин халуун байсан. Манай ертөнц одоогийнхоос 100 дахин бага байх үед СБҮ-ийн температур нь одоогийнхоос 100 дахин их 273 Кельвин буюу ус дэлхийн гадрага дээр хатуу төлөврүү шилжих Цельсийн 0 градуст оршиж байсан бөгөөд дундажаар нэг см3 эзэлхүүнд 1000 устөрөгчийн атом орших хэмжээний нягттай байсан (одоо бол нэг см3-д нэг л устөрөгчийн атом оршино дундажаар). Манай ертөнц одоогийнхоос 100 сая дахин жижиг байхад СБҮ-ийн температур нь 273 сая Кельвин байсан ба материйн нягт нь дэлхийн гадрага дээрх агаарын нягттай ойролцоо байх байсан. Энэ өндөр температур бүхий орчинд устөрөгч нь бүрэн ионжлогдсон байх буюу ертөнц маань чөлөөт протон болон электронуудаар дүүрэн байсан юм.

Ертөнц үүсээд удаагүй маш жижиг халуун нягт байсан тэр үед ертөнцөд ямар ч атом байхгүй дан электронууд болон протон нейтронуудаас бүрдэх цөмүүд л оршиж байв. Манан дотор гэрэл их сарнидгийн адилаар ертөнцийн эхний үед СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь чөлөөт электронуудын нөлөөгөөр маш их сарниж хаа сайгүй тэнүүчилсэн байдалтай оршиж байв. Гэрлийн бөөмсийн ийм их хэмжээний сарнилт нь физикт “хар биеийн цацаргалт” хэмээн нэрлэдэг гэрлийн спектрийг (спектр гэхээр гэрлийн бөөмсийн энергийн тархалт гэсэн үг) бий болгосон юм. Их Тэсрэлтийн онол нь СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь чухамда ийм хар биеийн энергийн тархалттай байна гэдгийг урьдчилан хэлдэг ба үнэхээр тийм гэдэг нь НАСА-ийн КОБЕ дурангийн хэмжилтүүдээр батлагдсан. Доорх график нь КОБЕ дуран дээрх FIRAS төхөөрөмжийн СБҮ-ийн хэмжилтийг (дөрвөлжин цэгүүд) Их Тэсрэлтийн онолоор урьдчилан тооцоологдож байгаа 2.73 кельвиний оргил температур бүхий хар биеийн цацаргалтын муруйтай харьцуулан харуулж байна:

СБҮ-ийн гэрлийн бөөмсийн энергийн тархалт нь их тэсрэлтийн онолын тооцоотой таарч байгаа нь. Зохиогч: Mathers et al. 1990

СБҮ-ийн гэрлийн бөөмсийн энергийн тархалт нь их тэсрэлтийн онолын тооцоотой таарч байгаа нь. Зохиогч: Mather et al. (1990)

Харж байгаачлан хэмжилт (дөрвөлжингүүд) болон онол (муруй) хоёр маань гайхалтай таарж байна. Ийм хар биеийн цацаргалтыг урьдчилан тооцоолдог өөр онол байхгүй бөгөөд энэ хэмжилт нь их тэсрэлтийн онолын чухал шалгалт байсан юм.

Анх атомууд оршин байх боломжгүй маш халуун байсан ертөнц маань яваандаа хөрөөд электронууд протонуудтай нэгдэж саармаг устөрөгчийн атомууд бий болж эхэлсэн. Энэ үе нь их тэсрэлтээс хойш 400,000 жилийн дараа буюу ертөнц одоогийнхоос 1100 дахин жижиг байхад болсон юм. СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь саармаг устөрөгчийн атомуудтай маш сул харилцан үйлчлэлцэх тул сарниж чиглэлээ өөрчлөлгүйгээр энэ үеээс хойш чигээрээ явсаар байгаа юм.

СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс ертөнцөд хэрхэн тархаж байгаа нь нарны гэрэл хэрхэн агаар мандалаар орж ирж байгаатай нэг бодлын төстэй. Нарны гэрэл нь тунгалаг агаар дотор шулуунаар юунд ч “сатааралгүй” тархадаг бол үүлтэй үед үүлэн доторх усны бичил дуслууд дээр маш их сарнидаг. Тиймээс үүлтэй өдөр бид үүл хүртэл тунгалаг агаараар харж чадах боловч, үүлний цаадахыг нэвтэлж харж чадахгүй. Одонорончид ойролцоогоор их тэсрэлтээс хойш 380,000 жил хүртэл саадгүй харж чадах боловч түүнээс цааш харах гэхээр нарны гэрэл үүлэн дотор сарниад бидэнд харагдадгүй шиг СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь чөлөөт электронуудаар сарниад биднийг тэр үеэс цаашихыг харах боломжгүй болгож байгаа хэрэг.  Энэ утгаар тэрхүү гэрлийн “ханыг” сарнилтын сүүлийн гадрага (СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс тэр үед л сүүлчийн удаа материэс шууд сарнисан гэдэг утгаар) гэх бөгөөд бидний СБҮ-г хэмжиж гаргаж байгаа зураг нь тэрхүү сүүлийн сарнилтын гадрагын температурын зургийг бий болгож байна гэсэн үг.

Дээр хэлсэнчлэн СБҮ-ийн хамгийн гайхалтай шинж чанар нь түүний жигд хаашаа ч харсан маш адилхан байх байдал. НАСА-ийн КОБЕ дуран мэтийн маш мэдрэг төхөөрөмжөөр л зөвхөн нарийн өөрчлөлтүүдийг нь хэмжих боломжтой. Эдгээр өөрчлөлтүүдийг хэмжсэнээр бид ертөнц дахь хамгийн том бүтцүүдийг мөн их тэсрэлтийн онолын суурь параметруудыг тодорхойлдог.

Дээрх бүх материал дотор би СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь өөрсдөө хаанаас гаралтай талаар бичсэнгүй. СБҮ-ийн гэрлийн бөөмс нь ертөнц дөнгөж үүссэний дараа энгийн матер болон эсрэг материйн нэгдэлтийн үеэр маш их энергитэй гамма цацраг байдлаар үүссэн юм.  Үүссэнээсээ хойш тогтмол материудаар (чөлөөт электронууд) сарнисаар ертөнц хангалттай хөрж атомууд үүсэж эхлэх үед сарнихаа больж шулуун байдлаар тархаж эхэлсэн хэрэг. Мэдээж ертөнц их тэсрэлтээс хойш өдийг хүртэл хурдсан тэлсээр ирсэн, энэ тэлэлтийн нөлөөгөөр эдгээр СБҮ-ийн гэрлийн бөөмсийн долгионы урт нь мөн тэлсээр ирсэн. Тиймээс анх Гамма цацрагийн маш их энергитэй үүссэн эдгээр гэрлийн бөөмс нь өнөөдөр бидний шарах зууханд ашиглагддаг шиг богино долгионы энергитэй болсон байгаа юм. Цаашдаа ертөнц улам тэлхийн хирээр эдгээр бөөмсийн энерги нь улам буурч ертөнц маань тэр аяараа улам хөрнө.

Advertisements

2 comments

  1. Bi ertuntsiin uusel hugjliin tuhai unshij bodoj tungaaj yvdag humuusiin neg ni baina. Ertunts telseer etsest ni bie biedee tatagdan dahin ih tesrelt bolno gej sonsson. Ene tuhai uuriinhuu bodliig bolomj baibal bicheerei. Bayarlalaa amjilt husie

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s

%d bloggers like this: