تتنبأ نظرية الانفجار العظيم بأن الكون المبكر كان مكانًا حارًا جدًا وأنه مع تمدده يبرد الغاز الموجود بداخله، وبالتالي يجب أن يمتلئ الكون بالإشعاع الذي يمثل حرفيًا الحرارة المتبقية من الانفجار العظيم، والتي تسمى الخلفية الميكروية الكونية أو (CMB).
التشوهات الطيفية الخلفية الكونية الميكروية
تم حساب التشويه الطيفي للخلفية الكونية الميكروية (CMB) من تشتت رايلي لأول مرة في نظرية الاضطراب الكوني الدقيقة من الدرجة الثانية، إذ يعتبر التشوه الطيفي الجديد حساسًا لتبديد الصوت عند، مما يوسع بشكل طفيف النطاق المقيد بواسطة تباين (CMB)، إذ يختلف الشكل الطيفي عن اضطرابات درجة الحرارة أو أي تشوهات طيفية تقليدية أخرى ناتجة عن تشتت كومبتون.
لم يتشكل التشوه الطيفي الجديد في أواخر الكون على عكس تأثير سونيايف زيلدوفيتش الحراري المتدهور مع التشوهات البدائية؛ لأن الفوتونات يجب أن تكون ساخنة لتشتت رايلي، لذلك يمكن للقياسات المثالية تمييز الإشارة عن التأثيرات الأخرى واستخراج معلومات جديدة أثناء إعادة التركيب، مما يوسع قليلاً المقياس المقيد بواسطة تباين (CMB).
يختلف الشكل الطيفي عن اضطرابات درجة الحرارة أو أي تشوهات طيفية تقليدية أخرى ناتجة عن تشتت كومبتون مثل ذو ميكرومتر، إذ لم يتشكل التشوه الطيفي الجديد في أواخر الكون على عكس تأثير سونيايف زيلدوفيتش الحراري المتدهور مع التشوهات البدائية؛ لأن الفوتونات يجب أن تكون ساخنة لتشتت رايلي.
لذلك، يمكن للقياسات المثالية تمييز الإشارة عن التأثيرات الأخرى واستخراج معلومات جديدة أثناء إعادة التركيب، وبافتراض توافق المعلمات الكونية مع قياسات تباين (CMB) الحديثة، سوف يتبين أن التشوه الطيفي الجديد هو 6.5 ×10- 3Jy / str، وهو ترتيب واحد من حيث الحجم أصغر من نطاق حساسية الهدف المقترح للرحلة.
ما هي الخلفية الكونية الميكروية ولماذا هي مهمة: الخلفية الكونية الميكروية (CMB) هي البقايا الباردة للضوء الأول الذي يمكن أن ينتقل بحرية في جميع أنحاء الكون، إذ تم إطلاق هذا الإشعاع الأحفوري وهو أبعد ما يمكن لأي تلسكوب رؤيته، فبعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم يعتبره العلماء بمثابة صدى أو صدمة للانفجار العظيم.
التشوهات الطيفية لإشعاع الخلفية الكونية كمسبار في التضخم
بعد الملاحظات الرائدة مع (COBE) ركزت دراسات الخلفية الكونية الميكروية (CMB) على تباين درجة الحرارة والاستقطاب، حيث توفر التشوهات الطيفية للإشعاع (CMB) انحرافات صغيرة من طيف طاقة (CMB) عن الجسم الأسود المثالي مسبارًا ثانيًا مستقلًا للفيزياء الأساسية مع وصول عميق إلى الكون البدائي، حيث شهد الأساس النظري للتشوهات الطيفية تطورات كبيرة في السنوات الأخيرة، مما يسلط الضوء على الإمكانات الهائلة لهذا المجال الناشئ.
تستكشف التشوهات الطيفية خاصية أساسية للكون يكون تاريخه الحراري، مما يوفر نظرة ثاقبة إضافية للعمليات داخل النموذج القياسي الكوني (CSM) وكذلك فيزياء جديدة بعده، إذ تعتبر التشوهات الطيفية أداة مهمة لفهم التضخم وطبيعة المادة المظلمة.
فلقد ألقوا ضوءًا جديدًا على فيزياء إعادة التركيب وإعادة التأين وكلاهما من المراحل البارزة في تطور هذا الكون ويقدمون معلومات مهمة حول عمليات التغذية الراجعة الباريونية، بالإضافة إلى التحقق من وظائف الارتباط البدائية على نطاقات يتعذر الوصول إليها من قبل المتتبعين الآخرين.
فمن حيث المبدأ، يكون نطاق الإشارات واسعًا، حيث يمكن استكشاف العديد من مراتب مساحة الاكتشاف من خلال الملاحظات التفصيلية لطيف طاقة (CMB)، إذ يتم توقع العديد من إشارات (CSM) وتوفر أهدافًا تجريبية واضحة، حيث يمكن ملاحظة بعضها بالفعل باستخدام التكنولوجيا الحالية، حيث سيؤدي تأكيد هذه الإشارات إلى توسيع مدى وصول (CSM) بأوامر من الحجم في المقياس المادي مع تطور الكون من المراحل الأولية إلى شكله الحالي.
التحدي الأمامي للتشويه الطيفي للإشعاع
يتطلب الاكتشاف القوي لإشارات التشوه الطيفي في وجود مقدمات فيزيائية فلكية ساطعة عمليات رصد على مدى عدة عقود في التردد، حيث يأتي توضيح شدة المقدمات في المقام الأول من خلال بلانك و (WMAP) والتجارب الأرضية المتنوعة، فعند حساسيات هذه الملاحظات يمكن نمذجة شدة المقدمات بدقة كافية باستخدام مجموعة محدودة من المعلمات، إذ يتم استخدام هذه المعلمات الأمامية لعمل تنبؤات عن التشوه الطيفي.
للحصول على نظرة عامة وأكبر المقدمات الفيزيائية الفلكية لحساسية مقاييس الطيف من الجيل التالي الممكنة يجب أن تكون عند الترددات العالية تهيمن على المقدمة انبعاث الغبار من مجرة درب التبانة وخلفية الأشعة تحت الحمراء الكونية، بينما في الترددات المنخفضة تهيمن على السنكروترون المجري والانبعاثات الحرة.
نظرًا لأن التشوهات تبلغ ذروتها عند ترددات أعلى من 200 جيجاهرتز، فإن تغطية التردد الواسعة خارج نوافذ الغلاف الجوي تتطلب في النهاية مهمة فضائية لاكتشاف (CRR) للتحضير لتحليل التشوهات الطيفية للإشعاع (CMB)، إذ يتم الاستفادة من تقنيات التحليل المستخدمة في دراسات تباين (CMB) على الرغم من اتباع نهج تآزري جديد يجمع بين مجموعات بيانات متعددة واستراتيجية المراقبة.
التشوهات الطيفية الناتجة من إعادة اتحاد الهيدروجين والهيليوم
إن إعادة تركيب الهيدروجين والهيليوم عند ترددات z 1000-7000 يعطي تشوهات لا مفر منها لطيف الخلفية الكونية الميكروي (CMB)، إذ يتم حسابً تفصيلي لشدة الخط الناشئة عن انتقالات (Lyman) وثنائية الفوتون (2s-1s) لإعادة تركيب الهيدروجين، بالإضافة إلى الخطوط المقابلة من الهيليوم، حيث تعطى صيغة تقريبية لقوة تشويه خط إعادة التركيب الرئيسي على إشعاع الخلفية الكونية في الكونيات المختلفة، وتحدث هذه الذروة عند حوالي 170 ميكرومتر.
وجد أيضًا ذروة الطول الموجي الطويل غير الموصوفة سابقًا، والتي نسميها ذروة ما قبل إعادة التركيب من خطوط التحولات 2p-1s، والتي تشكلت قبل حدوث إعادة تركيب كبيرة للذرات المقابلة، حيث يتم عرض الحسابات التفصيلية لأشكال خط انبعاث الفوتونين هنا لأول مرة.
ترددات الفوتونات المنبعثة من انتقال الفوتونين لها طيف واسع وهذا يسبب موقع ذروة خط الفوتونين للهيدروجين في نفس الطول الموجي تقريبًا مثل ذروة ليا الرئيسية، حيث تعطي خطوط الهيليوم أيضًا تشوهات بأطوال موجية مماثلة، بحيث يكون للتشويه المشترك شكل معقد.
سيوفر اكتشاف هذا التشوه دليلًا داعمًا مباشرًا على أن الكون كان بالفعل بلازما، وعلاوة على ذلك، فإن التشوهات هي مسبار حساس للفيزياء خلال وقت إعادة التركيب، وعلى الرغم من أن التشوه الطيفي يغمره انبعاث الغبار من المجرة ويبلغ الحد الأقصى للأطوال الموجية تقريبًا، حيث تبلغ ذروتها الخلفية الكونية للأشعة تحت الحمراء البعيدة فقد يكون قادرًا على تصميم تجربة لاكتشاف شكلها غير التافه.
يحتوي (CMB) على طيف جسم أسود حراري عند درجة حرارة 2.72548 ± 0.00057 K، والإشعاع الطيفي dEν / dν يحتوي قمم عند 160.23 جيجاهرتز في نطاق ترددات الميكروويف المقابلة لطاقة فوتون تبلغ حوالي 6.626 × 10 × 4 فولت.
