Реликтовое излучение (РИ) – электромагнитное излучение, заполняющее наблюдаемую часть Вселенной. РИ существовало уже на ранних стадиях расширения Вселенной и играло важную роль в её эволюции. РИ является уникальным источником информации о её прошлом. Интенсивность и спектр РИ (рис.1) соответствуют излучению абсолютно чёрного тела с температурой 2,7 К.

В расширяющейся Вселенной средняя плотность вещества зависит от времени – в прошлом она была больше. Однако при расширении изменяется не только плотность, но и тепловая энергия вещества, значит на ранней стадии расширения Вселенная была не только плотной, но и горячей. Как следствие, в наше время должно наблюдаться остаточное излучение, спектр которого такой же, как спектр абсолютно чёрного тела, и это излучение должно быть в высшей степени изотропно.
В 1964 году А.А.Пензиас и Р.Вилсон, испытывая чувствительную радиоантенну, обнаружили очень слабое фоновое микроволновое излучение, от которого никаким образом не могли избавиться. Его температура оказалась равной 2,73 К, что близко к предсказанной величине. Из экспериментов по исследованию изотропии было показано, что источник микроволнового фонового излучения не может находиться внутри Галактики, так как тогда должна была бы наблюдаться концентрация излучения к центру Галактики. Источник излучения не мог находиться и внутри Солнечной системы, т.к. наблюдалась бы суточная вариация интенсивности излучения. В силу этого был сделан вывод о внегалактической природе этого фонового излучения. Тем самым гипотеза горячей Вселенной получила наблюдательное основание.
Для понимания природы РИ необходимо обратиться к процессам, имевшим место на ранних стадиях расширения Вселенной. Рассмотрим, как менялись физические условия во Вселенной в процессе расширения. Сейчас каждый кубический сантиметр пространства содержит около 500 реликтовых фотонов, а вещества на этот объем приходится гораздо меньше. Поскольку отношение числа фотонов к числу барионов в процессе расширения сохраняется, но энергия фотонов в ходе расширения Вселенной со временем уменьшается из-за красного смещения, можно сделать вывод, что когда-то в прошлом плотность энергии излучения была больше плотности энергии частиц вещества. Это время называется радиационной стадией в эволюции Вселенной. Радиационная стадия характеризовалась равенством температуры вещества и излучения. В те времена излучение полностью определяло характер расширения Вселенной. Примерно через миллион лет после начала расширения Вселенной температура понизилась до нескольких тысяч градусов и произошла рекомбинация электронов, бывших до этого свободными частицами, с протонами и ядрами гелия, т.е. образование атомов. Вселенная стала прозрачной для излучения, и именно это излучение мы сейчас улавливаем и называем реликтовым. Правда, с того времени из-за расширения Вселенной фотоны уменьшили свою энергию примерно в 100 раз. Образно говоря, кванты РИ «запечатлели» эпоху рекомбинации и несут прямую информацию о далеком прошлом.
 

 

 

 

 

 

Исследования РИ  дают ценный материал для космогонических и космологических теорий. Так, по отсутствию заметной анизотропии РИ судят о крупномасштабных свойствах Вселенной, делают выводы о её изотропии и однородности. Выявление мелкомасштабных флуктуаций температуры РИ на небесной сфере (рис.1) дало бы возможность сделать заключение о первичных возмущениях в плотности и скорости вещества, рост которых привёл к образованию галактик и скоплений галактик, о времени их образования. Обнаружение отклонений РИ от законов излучения абсолютно чёрного тела позволило бы выявить источники выделения энергии, действовавшие в течение времени охлаждения РИ.

РИ определяет плотность энергии электромагнитного излучения во Вселенной - около 0,25 эв/см3, и плотность числа фотонов во Вселенной - около 400 в 1 см³. На каждый атом во Вселенной приходится более ста миллионов реликтовых фотонов.

РИ определяет время жизни релятивистских электронов и космических лучей сверхвысоких энергий в межгалактическом пространстве: электроны, рассеивая фотоны реликтового излучения, отдают им энергию и тормозятся. Энергия реликтовых фотонов при этом возрастает во много раз. Этот механизм, возможно, является причиной возникновения фонового рентгеновского излучения. При столкновении фотонов РИ с протонами ультравысоких энергий происходит рождение π-мезонов, протоны быстро теряют энергию. Столкновения фотонов с ядрами космических лучей при определённых условиях приводят к расщеплению ядер. РИ влияет на заселённость нижних энергетических уровней молекул межзвёздного вещества. На этом основан, в частности, косвенный метод определения температуры РИ. Полученные этим путём температуры реликтового излучения хорошо согласуются с температурами, полученными и при прямых радионаблюдениях.

 

 

 

РИ было обнаружено в 1965 году в радиодиапазоне электромагнитного излучения на длине волны 7,35 см. В диапазоне сантиметровых и дециметровых волн наблюдения проводят с поверхности Земли при помощи радиотелескопов. В миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах излучения земной атмосферы препятствует наблюдениям РИ, поэтому для измерений используют широкополосные болометры, установленные на поднимаемых за пределы атмосферы баллонах и ракетах. Наблюдения на длинах волн от 50 см до 0,5 мм свидетельствуют о том, что РИ равномерно распределено на небесной сфере и является основной составляющей яркости неба в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.