Ändert sich der kosmische Mikrowellenhintergrund im Laufe der Zeit?

Die CMB-Muster ändern sich tatsächlich im Laufe der Zeit, obwohl sie statistisch gesehen gleich bleiben, und obwohl es auf menschlichen Zeitskalen nicht wahrnehmbar sein wird.

Das CMB, das wir jetzt beobachten, stammt aus einer dünnen Hülle mit uns in der Mitte, und mit einem Radius, der der Entfernung entspricht, die das Licht vom Universum zurückgelegt hat, war es 379.000 Jahre alt und bis jetzt. Im Laufe der Zeit werden wir CMB von einer Granate mit einem immer größeren Radius empfangen. Je weiter dieses Licht durch den Raum gereist ist, desto rotverschobener oder "kühler" wird es, wie Sie sagen. Aber es wird auch aus weiter entfernten Regionen im frühen Universum emittiert worden sein, die, obwohl statistisch äquivalent, einfach andere Regionen sind und daher anders aussehen.

Die Muster, die sich am schnellsten ändern, sind die kleinsten Muster, die wir beobachten können. Die Winkelauflösung des Planck-Satelliten beträgt 5-10 Bogenminuten . Da der CMB von einer Rotverschiebung von ~1100 stammt, beträgt der Winkeldurchmesserabstand , der die physische Entfernung definiert, die von einem bestimmten Winkel überspannt wird, ~13 Mpc, also entsprechen 5 Bogenminuten einer physischen Skala von ungefähr 19 kpc in physischen Koordinaten oder 21 Mpc in sich bewegende Koordinaten (d.h. eine Struktur, die heute 5 Bogenminuten umfasst, hatte zum Zeitpunkt der Emission einen Durchmesser von ~19 kpc, hat sich aber jetzt auf eine Größe von ~21 Mpc ausgedehnt, mit 1 Mpc = 1000 kpc = 3261 · 10³ Lichtjahre).

Unter der Annahme eines isotropen Universums, wenn die kleinsten beobachtbaren Gaspakete senkrecht zu unserer Sichtlinie einen Durchmesser von 19 kpc hatten, haben sie entlang unserer Sichtlinie im Durchschnitt auch einen Durchmesser von 19 kpc.

Die Frage, wie schnell sich der CMB ändert, hängt also davon ab, wie viel Zeit das Licht brauchte, um 19 kpc zu reisen, als das Universum 379.000 Jahre alt war. Dies ist nicht einfach 19 kpc geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit, da sich das Universum ausdehnt, wenn sich das Licht bewegt, aber es ist ziemlich nah dran. Daher brauchte das Licht ungefähr 62.000 Jahre, um einen solchen Fleck zu durchqueren.

Da sehen wir Ereignisse bei Rotverschiebung$z$Zeit um einen Faktor dilatiert$1+z$, wir müssen warten$62\,\mathrm{kyr}\times1100$, oder ungefähr 70 Millionen Jahre (vorausgesetzt, dass Planck nicht innerhalb dieser Zeit durch bessere Instrumente ersetzt wird, was, ähm, zweifelhaft ist).

Sie haben also Recht, Sie könnten ein 3D-Bild des CMB machen, aber da die Muster viel größer als ein Lichtjahr sind, müssen Sie nicht jedes Jahr ein neues Bild machen.

Wenn wir den CMBR beobachten, beobachten wir die Oberfläche der letzten Streuung, jedoch ändern sich die sich bewegenden Punkte, die die Oberfläche der letzten Streuung bilden (die tatsächlich eine vergleichsweise sehr kleine, aber von Null verschiedene Dicke hat, anstatt eine 2D-Oberfläche zu sein). mit der Zeit, was theoretisch einer zeitlichen Änderung des beobachteten Musters (der Anistropie) entsprechen sollte. Auf menschlichen Zeitskalen und angesichts der Einschränkungen unserer Fähigkeit, die winzigen Details des CMBR zu beobachten, wird die beobachtbare Auswirkung auf das Muster vernachlässigbar sein.