Кратко, по сути.
Предыстория — гипотезы до обнаружения:
- Тёплое реликтовое излучение как предсказание Большого взрыва (Гамов, Алфер и Херман): предсказали остаточное тепловое излучение от горячей ранней Вселенной с характерной температурой порядка $1-10\text{K}$ (оценки варьировались).
- Случайные/локальные источники: галактическое радиоизлучение, дискретные радиоисточники, теплоизлучение межзвёздной/межгалактической пыли (термализация звёздного света).
- Статическая (steady‑state) и другие альтернативы: механизмы поддержания равномерного фонового излучения в вечной Вселенной (не дающие точных предсказаний спектра).
- Экзотические идеи: тепловое излучение от горячего локального газа, инструментальные/антеннные артефакты.
Ситуация после открытия $1965$ (Пенцис и Уилсон) — конкурирующие гипотезы:
- Реликтовый (космологический) фон от эпохи рекомбинации (реминисценция Большого взрыва).
- Локальные/галактические источники и термализация пылью.
- Нерадиоспектральные процессы (синхротрон, свободно‑свободное излучение) с соответствующей частотной характеристикой.
Какие наблюдения окончательно подтвердили космологическую интерпретацию (и почему альтернативы отпали):
1) Чёрнотельный спектр (COBE‑FIRAS)
- Измерение спектра показало идеальную планковскую форму с температурой $T_0=2.725\pm 0.002\text{K}$.
- Пределы на спектральные искажения: $|\mu |\lesssim 9\times 10^{-5}$, $y\lesssim 1.5\times 10^{-5}$.
- Значение: практически никакой локальный или смешанный источник не даёт столь точный чёрнотельный спектр без тщательной и нереалистичной «идеальной термализации». Это почти единственный естественный вывод — излучение происходило в плотном, равновесном плазменном состоянии ранней Вселенной.
2) Изотропность и диполь (движение)
- Фон почти изотропен; обнаружен диполь $\Delta T_{\text{dipole}}\sim 3.36\text{mK}$, объясняющийся скоростью Солнечной системы относительно CMB.
- Значение: показывает космологическую природу (фон заполняет всё небо) и объясняет наблюдаемое смещение как кинематическое, а не как локальную анатомию источников.
3) Анизотропии на уровнях $\Delta T/T\sim 10^{-5}$ (COBE‑DMR, затем BOOMERanG, MAXIMA, WMAP, Planck)
- Первое детектирование флуктуаций: $\Delta T/T\sim 10^{-5}$.
- Форма углового спектра мощностей (мультиполи $\ell$) показала серию акустических пиков; положение первого пика около $\ell \sim 220$ соответствует плоской геометрии пространства, относительные высоты пиков дают плотность барионов и т.д.
- Значение: эти акустические осцилляции — прямое предсказание плотностных флуктуаций плазмы до рекомбинации; трудно воспроизвести их специфику альтернативными локальными источниками.
4) Поляризация (E‑режим) и корреляция TE
- Предсказано Thomson‑рассеянием на поверхности последнего рассеяния; обнаружено DASI, WMAP, Planck.
- Значение: подтверждает физику рекомбинации и временную структуру происхождения флуктуаций (одновременность излучения на большой дистанции), что нелокальные модели не объясняют.
5) Частотная независимость и поведение при проходе через структуры (Sunyaev–Zel’dovich)
- CMB имеет строгое радиочастотное поведение (чёрное тело), а возмущения при прохождении через скопления (SZ‑эффект) наблюдаются и соответствуют предсказаниям взаимодействия фоновых фотонов с горячими электронами.
- Значение: показывает, что фотонный фон приходит «издали» и взаимодействует по ожидаемым механикам при прохождении сквозь структуры Вселенной.
Итог (суть подтверждения):
- Точная планковская форма спектра (COBE‑FIRAS) практически исключила локальные и «пыль‑термализация» гипотезы.
- Специфическая угловая зависимость анизотропий (акустические пики) и их поляризация подтвердили сценарий рождения флуктуаций в горячей плотной плазме ранней Вселенной и модель рекомбинации.
- Совокупность: спектр + анизотропии + поляризация + частотная независимость однозначно указывают на космологический (реликтовый) характер CMB.
Если нужно — могу кратко перечислить ключевые экспериенты и годы измерений (Penzias & Wilson $1965$, COBE‑FIRAS/DMR $1990$‑х, BOOMERanG/MAXIMA $1998$‑$2000$, DASI $2002$, WMAP $2003$‑$2013$, Planck $2013$‑$2018$).