Woher stammt der CMB ? Ich verstehe, dass zu Beginn des Universums nach der Urknalltheorie Temperaturen und Drücke zu hoch waren, als dass Materie existieren könnte, und selbst wenn dies der Fall wäre, würde sie einfach von ihrem Antimaterie-Äquivalent vernichtet und dadurch elektromagnetische Strahlung (EMR) freigesetzt.
Aber ist das der Ursprung des CMB? Soweit ich weiß, wurden die Photonen vor der gesamten Nukleosynthese und dem Entkopplungsereignis ständig gestreut, und daher war das Universum undurchsichtig. Nachdem sich die Temperaturen jedoch so weit abgekühlt hatten, dass neutrale Atome existieren konnten, konnte sich die EMR ausbreiten und wurde nicht gestreut.
Ich habe jedoch irgendwo gelesen, dass es tatsächlich das Entkopplungsereignis selbst war, das den CMB hervorgebracht hat. Ähnlich wie Flammentests oder nach Bohrs zweitem Postulat wird EMR freigesetzt, wenn sich Elektronen in den Grundzustand oder nur in niedrigere Energiezustände entspannen. Wäre also die Relaxation dieser Elektronen die Quelle des CMB?
Sobald die Rekombination stattfand, wurde die Schwarzkörperstrahlung , die sich im thermischen Gleichgewicht mit Materie (Wasserstoffplasma) befand, von ihr entkoppelt und konnte sich frei ausbreiten. Die Temperatur, bei der dies geschah, betrug etwa 3000 Grad Kelvin.
Das bedeutet, dass der CMB aus der Strahlung zusammengesetzt ist, die direkt vor der Entkopplung existierte, dh was innerhalb des 3000 K Wasserstoffplasmas herumflog, kurz bevor das Plasma ausreichend abgekühlt war, um gelöscht zu werden.
(Die kosmische Expansion hat die Strahlung dann so stark gestreckt, dass ihr Spektrum jetzt sehr kalten 2,7 Grad Kelvin entspricht.)
Das Verhältnis von Photon zu Baryon vor der Entkopplung ist (zB hier) . dh auf jedes Proton/Elektron-Paar kommen etwa eine Milliarde Photonen. Daher wird der CMB nicht durch Rekombination von Protonen und Elektronen erzeugt , dieser Prozess erleichterte lediglich den CMB, indem er das Universum zu dieser Zeit transparent machte.
Sie können jedoch auch nicht sagen, dass die CMB-Photonen durch Materie-/Antimaterie-Vernichtung erzeugt wurden, da diese Photonen, die in der ersten Sekunde nach dem Urknall erzeugt wurden, vor der Rekombination genügend Zeit hatten, mit Materie zu interagieren - die mittlere freie Weglänge eines Photons ist das Alter des Universums .
Die Quelle der CMB-Photonen ist eine Vielzahl von Strahlungsprozessen (z. B. Bremsstrahlung, Photorekombination [zu H-Atomen und H Ionen], elastische und inelastische Streuung), die im meist ionisierten Plasma kurz vor der Rekombination auftraten.
Ich habe jedoch irgendwo gelesen, dass es tatsächlich das Entkopplungsereignis selbst war, das den Ursprung des CMBR war. Ähnlich wie Flammentests oder nach Bohrs 2. Postulat wird emr freigesetzt, wenn sich Elektronen in den Grundzustand oder nur in niedrigere Energiezustände entspannen. Wäre daher die Relaxation dieser Elektronen die Quelle des CMBR?
Das CMB hat ein nahezu perfektes Schwarzkörperspektrum mit einer Temperatur von etwa 2,7 K. Die Quelle des CMB kann also nicht allein aus der Relaxation freier Elektronen in Wasserstoffatomzustände stammen, was tatsächlich zu einem Linienspektrum führen würde. Nun muss ich erwähnen, dass es aufgrund solcher Wechselwirkungen Beiträge zum CMB gibt (siehe https://academic.oup.com/mnras/article/371/4/1939/1060928 ), die jedoch nur Störungen des resultierenden Hintergrundspektrums sind aufgrund des Rekombinationseffekts.
JDługosz
Physikphil