De kosmische achtergrondstraling is de warmtestraling die is uitgezonden tijdens de oerknal. Volgens deze theorie was het vroege heelal extreem heet en terwijl het uitdijde koelde het heelal af.

Na zo'n 300.000 jaar was het heelal afgekoeld tot zo'n 3000 kelvin en konden atomen gevormd worden. Elektronen werden gebonden aan protonen en neutronen. Doordat fotonen niet meer gehinderd werden door interacties met elektronen werd het heelal doorzichtig.

Dit licht van het vroege heelal wordt tegenwoordig waargenomen als de kosmische achtergrondstraling. Doordat het heelal sinds die tijd zo'n 1000 keer zo groot is geworden is de temperatuur van de achtergrondstraling gedaald tot 3 kelvin (2.725 +/- 0.001 K).

De kosmische achtergrondstraling werd in 1946 door Robert Dicke voorspeld en geschat op 20 K. In 1948 schatte George Gamow de straling op 50 K en in 1950 schatte Ralph Alpher en Robert Herman het op 5 K, wat later een goede schatting bleek te zijn. De daadwerkelijke ontdekking werd in 1965 door Arno Penzias en Robert Wilson min of meer bij toeval gedaan. Ze ontdekten een isotrope straling op een golflengte van 7cm. Niet wetende dat die straling voorspeld was, dachten ze dat het aan hun telescoop lag. Aangezien er regelmatig duiven in hun telescoop overnachten werd de telescoop ontdaan van alle duivenpoep, ook de bouten in de telescoop werden afgevijlt. Toen er daarna nog steeds straling werd gedetecteerd werd er maar eens contact opgenomen met enkele collega's die hun al snel wisten te vertellen dat ze de kosmische achtergrondsraling hadden ontdekt. In 1978 kregen zij de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor deze ontdekking.

Na Penzias en Wilson is veel onderzoek gedaan aan de kosmische achtergrondstraling onder andere door ballonnen die men tot grote hoogte vanaf het aardoppervlak liet opstijgen. Men was vooral op zoek naar de relatie tussen de uitgezonden golflengten en de intensiteit van de straling. De theorie voorspelde dat de straling gelijk aan die van een zwart lichaam moest zijn, een voorspelling die uit is gekomen.

De waarnemingen in 1992 van de Cobe satelliet (Cosmic Background Explorer) bevestigden dit. Cobe bracht de temperatuurverschillen in kaart. Het bleek dat de achtergrondstraling zeer gelijkmatig was, met slechts minimale fluctuaties.

Twee belangrijke eigenschappen die door Cobe werden gevonden in de variatie in de achtergrondstraling was de grootte van de variaties (of eigenlijk het gebrek daaraan) en de granulariteit, dat wil zeggen de grootte van delen van de hemel die kouder of juist warmer zijn.

Wat betreft de grootte van de variaties bleek dat de achtergrondstraling duidelijk minder variabel was dan vooraf geschat werd. Dit betekent dat de dichtheidsvariaties ten tijde van de achtergrondstraling kleiner waren dan volgens de bestaande modellen nodig was om het ontstaan van de huidige systemen van clusters en superclusters te verklaren. Een van de mogelijke verklaringen is dat een vorm van donkere materie op dat moment al sterker was samengeklonterd, maar dat dat voor zichtbare materie door haar interactie met straling nog niet het geval was. In een dergelijk model zou de zichtbare materie na ontkoppeling kunnen 'vallen' naar al bestaande dichtheidsconcentraties in plaats van zelf te hoeven samenklonteren.

Wat betreft de grootte van de 'warme' en 'koude' gebieden, bleek dat punten op een afstand dusdanig groot dat het licht de afstand die nog niet had kunnen overbruggen in de tijd tussen de oerknal en het uitzenden van de achtergrondstraling toch ....? waren. Deze waarneming, verwant aan het horizonprobleem, wordt beschouwd als een bewijs voor de theorie van kosmische inflatie, omdat deze het wel mogelijk maakt dat ver verwijderde delen van het heelal zeer vroeg in de kosmische geschiedenis met elkaar in verbinding hebben gestaan.

In juni 2001 werd de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) gelanceerd. De eerste gegevens kwamen in februari 2003 binnen en toonden in veel groter detail de temperatuurfluctuaties van de kosmische achtergrondstraling. De bestudering van de achtergrondstraling heeft veel nieuwe inzichten opgeleverd, zoals een precieze datering van de oerknal op 13,7 miljard jaar geleden en het ontstaan van de eerste sterren zo'n 200 miljoen jaar na de oerknal.

MAPevo1588_72.jpg
''WMAP kijkt terug in de tijd. Waargenomen wordt het nagloeien van de oerknal.
(Bron: NASA/WMAP Science Team)''

Astronomie | Kosmologie | Straling

Реликтово излъчване | Radiació còsmica de fons | Reliktní záření | Baggrundsstråling | Hintergrundstrahlung | Cosmic microwave background radiation | Radiación de fondo de microondas | Kosminen taustasäteily | Fond diffus cosmologique | קרינת רקע קוסמית | Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje | Mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás | Radiazione cosmica di fondo | 宇宙背景放射 | Mikrofalowe promieniowanie tła | Radiação cósmica de fundo | Реликтовое излучение | Reliktové žiarenie | Kosmisk bakgrundsstrålning | کائناتی ریزموجی پس منظر تابکاری | Bức xạ phông vi sóng vũ trụ | 宇宙微波背景辐射