우주배경복사 - 최초의 전파를 관측한다 -

♥2조 사람들 ♥ 문다훈 박 혁 신경철 전상현 이범석 최정현 최지훈

목 차 우주배경복사란? 우주배경복사이론의 역사 왜 중요한가? 우주배경복사의 현재

1. 우주배경복사란? 우주탄생의 비밀을 알 수 있게 해주는 근거를 마련하는 마이크로 광자 우주의 기원

우주의 기원

우주초기 일어난 대폭발에서 강한 우주복사 방출 2. 우주배경복사이론의 역사 우주초기 일어난 대폭발에서 강한 우주복사 방출

홀름델의 안테나 1964년 뉴저지 홀름델의 벨연구소 안테나 에서 처음 관측 홀름델의 안테나는 홀름델의 벨연구소 안테나 에서 처음 관측 홀름델의 안테나는 6m 나팔형 반사기의 특성 ☞‘전파천문학'에 유용’

전파잡음 온도측정원리 절대영도 0K이상에서 모든 물체의 전자는 열진동 물체는 이러한 열운동에 의해서 생기는 전파잡음을 항상 복사 관측되는 잡음의 강도는 온도에 비례 잡음의 강도를 등가온도 (Equivalent temperature)로써 기술

방향에 관계없이 3.5K 등가온도의 일정한 전파잡음이 측정 높은 등방성 지닌 전파잡음 측정 방향에 관계없이 3.5K 등가온도의 일정한 전파잡음이 측정

기타잡음의 형성요인 제거

피블스의 이론 - 허공에서 전파가 나올 것이다. 빅뱅 이후 강한 배경복사 존재 (피블스의 이론) 초기우주에 생성된 배경복사 현재까지 관측가능 단, 이후 우주의 팽창에 의해 초기 등가온도보다 낮은 온도로 측정 피블스는 약 10K로 추정 빅뱅 이후 강한 배경복사 존재

우주배경복사의 과거 1940년대 과학자 -> 대폭발이론 발전 (배경복사 예언 하는데 사용) 1964년 다른 학자에게서도 비슷한 계산(젤도비치, 호일&테일러) 1964년 디키의 추측 ->1965년 피블스 에게 자극 2019-05-26

디키의 추측 초기 단계에서 남은 관측 가능한 복사? 무언가 찾아볼만 한 것이 있다 롤과 윌킨슨에게 초단파 배경복사를 찾아볼 것을 제안 ->팰머 물리실험실에 안테나 설치 펜지어스와 동반논문 발표하기로 결정 2019-05-26

홀름델의 전파 망원경 펜지어스(오른쪽) 윌슨(왼쪽) 뉴저지 홀름델의 벨연구소 부지

홀름델의 전파 망원경 내부

프린스턴의 전파 안테나

<4080Mc/s에서의 초과 안테나 온도의 측정> 펜지어스와 윌슨의 논문 제목 “효과적 천정잡음 온도의측정은……예측보다 3.5K 더 높은 값을 주었다” 우주론에 관해서 “이 관측된 초과 잡음온도에 대한 한 가지 가능 한 설명은 같은 호의 동반논문에서 디키, 피블스, 롤 윌킨슨에 의해 주어졌다.” 2019-05-26

펜지어스와 윌슨이 발견한 초단파 복사가 우주가 열평형 상태에 있었을 시기로부터 남은 것으로 믿어지게 하는 이론 및 가설 펜지어스와 윌슨이 발견한 초단파 복사가 우주가 열평형 상태에  있었을 시기로부터 남은 것으로 믿어지게 하는 이론 및 가설 복사가 광자로 되어 있다는 현대적인 양자론 우주탄생 초기에는 원자들까지 높은 온도로  인해 핵과 전자로 분리되어있었다는 가설 열평형 결론

광자들의 파장은 온도에 반비례한다! 온도 낮다 온도 높다

초기우주복사의 파장에 대해서 고려해보자 초기의 우주는 매우 뜨겁고 조밀해 핵과 원자가 분리된 상태 뜨거운 스프같은 상태. 빛(복사)와 전자와 핵들이 열평형을 이룸. 우주가 팽창하고 냉각해서 핵과 전자들이 워자로 결합할수 있는 상태가 됨. (이때의 온도는 3000K) 물질들이 뭉치면서 빈공간이 생겨서 복사는 자유롭게 퍼져나가게 됨. 이때 약 3000K의 온도를 가진 파장의 복사가 발생.

초기우주복사가 3000K의 온도를 갖는데, 왜 관측된 전파는 3K의 온도를 갖는가? 우주가 팽창한 만큼 전파의 파장도 잡아 늘려진다. Ex) 고무풍선위에 그린 그림 파장이 길어지면 흑체복사의 온도는 낮은 것으로 관측된다. 원자가 생겨나고 복사가 자유롭게 되었던 순간의 온도였던 3000K에 서 우주가 지금까지 1000배 팽창했다고 가정하면 3K의 온도를 나타내는 파장의 전파가 측정되는 것이 가능하다. 즉, 이 3K의 전파잡음은 우리가 받은 신호중에 가장 오래된 것이라고 할 수 있다.

3K의 온도의 정밀 측정! 펜지어스와 윌슨은 우주의 전파 잡음을 7.35cm의 하나의 파장에서만 측정. 비슷한 시기, 롤과 윌킨슨은 3.2cm 파장에서 등가온도가 2.7~3.5K 사이라는 결과를 발표 1965년 이래 수많은 파장의 관측에서 플랑크 곡선과 일치하는 값을 발견하였다. 3K의 전형적인 파장은 0.1cm 대기에선 측정불가

- 지구 밖에서의 측정 - ˚ 지구내 측정의 한계와 지구 밖에서의 측정 필요성. ˚ 실험 환경의 한계에 따른 오차 ˚ MIT의 기구 그룹과 코넬대학의 로켓그룹은 상이한 결과를 보여줌. ˚ 1976 년 버클리의 기구 그룹의결과 ˚ 우주배경복사가 실제로 3K에 가까운 온도를 가진 흑체복사라는 것이 사실로 정착

3. 왜 중요한가? 빅뱅이론의 확립! 우주는 균일하다! 3. 우주의 초기 상태를 추측!

4.우주배경복사의 현재 우주배경복사 - 오늘날 인공위성으로 정밀하게 측정 1992 년 COBE - 장소에 따라 약간의 편차(1/10000K) - 우주배경복사 균일하지 않다

우주배경복사의 현재 2001년 WMAP - by NASA and Prinston Univ. - 우주배경복사 온도분포 COBE보다 40배 가량 정확하게 측정 2007 년 위성 Planck - by European Space Agency - WMAP 보다 10배 높은 측정도 예상

우주배경복사의 현재 대부분 공간 - 2.7249K 일부지역 – 2.7250K or 2.7251K - 장소에 상관없이 거의 동일한 온도 - but, 정확히 같지는 않음

우주에 균일한 배경복사에 오차가 있는 이유? ☆온도의 차이 → 하늘에서 어떤 방향성을 가지고 있음을 시사 ☆우주공간에 양자적 요동 발생 → 온도가 평균보다 높거나 낮은 지역이 생긴다 ☆우주배경복사가 전 공간에 걸쳐 고르게 분포되어 있다? ☆ 실제 관측된 값에서 이 효과를 보정해준 결과

참고문헌 최초의 3분 by 스티븐 와인버그 우주의 구조(The Fabric of the Cosmos) by 브라이언 그린 www.yahoo.com 이미지 참조 Etc..

마치는 말…

Thank you for your attention!!