Cosmology & CMB පසුබිම් විකිරණය

COSMOLOGY / EARLY UNIVERSE

CMB පසුබිම් විකිරණය

කොස්මික් ක්ෂුද්‍ර තරංග පසුබිම් විකිරණය (CMB) යනු විශ්වයේ උපතින් පසු ඉතිරි වූ ආලෝකයේ දෝංකාරයයි. මහා පිපිරුමෙන් වසර 380,000කට පසු, විශ්වය ප්‍රමාණවත් ලෙස සිසිල් වූ විට, ආලෝකයට නිදහසේ ගමන් කිරීමට අවස්ථාව ලැබුණි. මෙය විශ්වයේ සෑම දෙසකින්ම අපට ලැබෙන ඉතා දුර්වල විකිරණයකි.

ආරම්භය මහා පිපිරුමෙන් වසර 380,000කට පසු

ස්වභාවය විශ්වය පුරා පවතින විකිරණ තාපය

මහඟුකම විශ්වයේ ආරම්භය තහවුරු කරන සාධකය

COSMOLOGY / DEEP DIVE

CMB: විශ්වයේ දෝංකාරය

CMB විකිරණය විශ්වයේ සිතියමක් වැනිය. විවිධ ස්ථානවල පවතින සුළු උෂ්ණත්ව වෙනස්කම් (Fluctuations) මගින්, මහා පිපිරුමෙන් පසු විශ්වයේ පදාර්ථ බෙදී ගිය ආකාරය සහ අනාගතයේ මන්දාකිණි ජාලයන් බිහි වූ ආකාරය පිළිබඳ තොරතුරු ලබා දෙයි. මෙය විශ්වයේ 'ළදරු අවධියේ' ඡායාරූපයක් ලෙස හැඳින්විය හැක.

උෂ්ණත්වය ආසන්න වශයෙන් 2.7 Kelvin

වෙනස්කම් අංශු මාත්‍රික උෂ්ණත්ව විෂමතා (Anisotropies)

විශ්ව ආකෘතිය විශ්වයේ වයස සහ සංයුතිය තීරණය කිරීම

COSMOLOGY / DEEP DIVE

CMB: ඒකාකාරී බව (UNIFORMITY)

CMB විකිරණයේ ඇති පුදුම එළවන සුළු කරුණක් නම්, එය විශ්වයේ සෑම දිශාවකින්ම එකම ආකාරයකින් (Isotropic) ලැබීමයි. එනම්, විශ්වයේ එක් පැත්තක සිට අනෙක් පැත්ත දක්වා උෂ්ණත්වය පාහේ සමානය. මෙය විශ්වයේ ආරම්භයේදී සියලුම කොටස් එකිනෙක හා සම්බන්ධ වී පැවතුණු බවට (Thermal Equilibrium) කදිම සාක්ෂියකි.

විශේෂත්වය සර්ව සම්පූර්ණ ඒකාකාරී බව (Isotropy)

තාප සමතුලිතතාවය සියලු කොටස් එකිනෙක හා සම්බන්ධ වීම

වැදගත්කම විශ්වයේ ප්‍රසාරණය තහවුරු කිරීම

COSMOLOGY / DEEP DIVE

CMB: අසමමිතික බව (ANISOTROPY)

CMB විකිරණය විශාල වශයෙන් ඒකාකාරී වුවත්, එහි ඉතා කුඩා උෂ්ණත්ව වෙනස්කම් (Anisotropies) පවතී. මෙම වෙනස්කම් දශම 100,000 කින් එකක් වැනි ඉතා කුඩා අගයකි. නමුත් මෙම සුළු වෙනස්කම් ඉතා වැදගත් වේ. මන්ද, විශ්වයේ පදාර්ථය එක්රැස් වී තරු, මන්දාකිණි සහ ග්‍රහලෝක බිහි වීමට අවශ්‍ය වූ "බීජ" (Seeds) සපයනු ලැබුවේ මෙම උෂ්ණත්ව විෂමතා මගිනි.

මිනුම දශම 100,000 කින් එකක වෙනසක්

භූමිකාව මන්දාකිණි ජාල බිහි වීමට මූලික වීම

ප්‍රතිඵලය විශ්වයේ ව්‍යුහය (Cosmic Structure)

COSMOLOGY / EARLY UNIVERSE

CMB: පුනර්සංයෝජනය (RECOMBINATION)

මහා පිපිරුමෙන් වසර 380,000කට පසු විශ්වය සිසිල් වීමට පටන් ගත්තේය. ඒ වන තුරු ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ ප්‍රෝටෝන නිදහසේ පාවෙමින් පැවති අතර, ආලෝකය ඒවා අතර ගැටීමෙන් විශ්වය පාරාන්ධව (Opaque) පැවතුණි. උෂ්ණත්වය පහළ යාමත් සමඟ ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ ප්‍රෝටෝන එක්වී උදාසීන හයිඩ්‍රජන් පරමාණු නිර්මාණය වීම 'පුනර්සංයෝජනය' ලෙස හැඳින්වේ.

සිදුවීම පරමාණු බිහි වීම

ප්‍රතිඵලය විශ්වය විනිවිද පෙනෙන (Transparent) වීම

ප්‍රකාශනය ආලෝකයට නිදහසේ ගමන් කිරීමට අවස්ථාව ලැබීම

COSMOLOGY / EXPANSION

CMB: රක්ත විස්ථාපනය (REDSHIFT)

මහා පිපිරුමෙන් පසු විමෝචනය වූ ආලෝකය එකල අතිශය උණුසුම් සහ ඉහළ ශක්තියකින් යුක්ත විය. කෙසේ වෙතත්, පසුගිය වසර බිලියන 13.8 තුළ විශ්වය ප්‍රසාරණය වීමත් සමඟම, මෙම ආලෝක තරංග ද ප්‍රසාරණය වී ඇත. ශක්තිය අඩු වී තරංග ආයාමය වැඩි වීම හේතුවෙන් මෙය ක්ෂුද්‍ර තරංග (Microwaves) බවට පත්ව ඇත. මෙය "විශ්ව විද්‍යාත්මක රක්ත විස්ථාපනය" ලෙස හඳුන්වයි.

ප්‍රධාන ක්‍රියාවලිය විශ්වයේ ප්‍රසාරණය

බලපෑම තරංග ආයාමය දිගු වීම

අවසාන තත්ත්වය ක්ෂුද්‍ර තරංග බවට පත්වීම

COSMOLOGY / DISCOVERY

CMB: අහඹු සොයාගැනීම

1965 වසරේදී ආර්නෝ පෙන්සියාස් (Arno Penzias) සහ රොබට් විල්සන් (Robert Wilson) යන විද්‍යාඥයන් දෙපළ විසින් අහඹු ලෙස CMB විකිරණය සොයා ගන්නා ලදී. ඔවුන් සිය රේඩියෝ ඇන්ටනාවෙහි පැවති අනවශ්‍ය ශබ්දයක් (Noise) ඉවත් කිරීමට උත්සාහ කළද, එම ශබ්දය විශ්වයේ සෑම දිශාවකින්ම පැමිණෙන නියත සංඥාවක් බව පසුව හෙළි විය. මෙය මහා පිපිරුම් සිද්ධාන්තය සනාථ කළ විශාලතම සොයාගැනීම විය.

වසර 1965

විද්‍යාඥයන් Penzias & Wilson

සොයාගැනීම අහඹු රේඩියෝ ශබ්දය (Cosmic Noise)

COSMOLOGY / TIMELINE

CMB: අඳුරු යුගය (DARK AGES)

පුනර්සංයෝජනයෙන් (Recombination) පසුව, විශ්වය තරු හෝ මන්දාකිණි නොමැති සම්පූර්ණයෙන්ම අඳුරු අවධියකට පිවිසුණි. මෙම කාලය තුළ අභ්‍යවකාශය පිරී පැවතියේ උදාසීන හයිඩ්‍රජන් වායුවෙන් පමණි. CMB විකිරණය මෙම අඳුරු යුගයට පූර්වයෙන් නිකුත් වූ ආලෝකය වන අතර, එය එම අඳුරු අවධිය ආරම්භ වූ මොහොත අපට පෙන්වන අවසාන දසුනයි.

කාලය Recombination ට පසු

තත්ත්වය තරු රහිත අඳුරු කාලය

අන්තර්ගතය හයිඩ්‍රජන් වායුව පමණි

COSMOLOGY / GEOMETRY

CMB: විශ්වයේ ජ්‍යාමිතිය

CMB විකිරණයේ පවතින උෂ්ණත්ව විෂමතා වල ප්‍රමාණයන් විශ්ලේෂණය කිරීමෙන්, අපේ විශ්වයේ හැඩය හෙවත් ජ්‍යාමිතිය තීරණය කළ හැකිය. නවතම දත්තවලට අනුව, අපගේ විශ්වය "සමතල" (Flat) එකක් බව CMB පෙන්වා දෙයි. මෙය විශ්වයේ පවතින මුළු ද්‍රව්‍ය සහ ශක්තියේ ඝනත්වය තීරණය කරන ප්‍රධාන සාධකයකි.

විශ්වයේ හැඩය සමතල (Flat)

පර්යේෂණ Planck සහ WMAP චන්ද්‍රිකා

තීරණය විශ්වයේ ඝනත්වය සහ ප්‍රසාරණය

COSMOLOGY / CONCLUSION

CMB: විශ්වයේ අනාගතය

CMB විකිරණය යනු අප සතු විශ්වයේ පැරණිතම 'ඡායාරූපය' වේ. අනාගතයේදී අභ්‍යවකාශ දුරේක්ෂ (උදා: James Webb සහ තවත් දියුණු උපකරණ) හරහා CMB හි වඩාත් ගැඹුරු විස්තර ලබා ගැනීමෙන්, මහා පිපිරුමටත් පෙර පැවති තත්ත්වයන් සහ අඳුරු ශක්තිය (Dark Energy) වැනි විශ්වයේ අභිරහස් විසඳා ගැනීමට විද්‍යාඥයන් අපේක්ෂා කරයි.

ඉලක්කය විශ්වයේ සම්භවය ගවේෂණය

අභිරහස අඳුරු ශක්තිය සහ ද්‍රව්‍ය

අනාගතය නව පරම්පරාවේ අභ්‍යවකාශ ගවේෂණ

SLJAO / SLAO Past Paper Based

ප්‍රශ්නය (Question)

මහා පිපිරුමෙන් (Big Bang) වසර 380,000කට පමණ පසු විශ්වය පුරා පැතිරී ගිය, වර්තමානයේදී පෘථිවියට ක්ෂුද්‍ර තරංග (Microwaves) ලෙස හඳුනාගත හැකි විශ්වීය ක්ෂුද්‍ර තරංග පසුබිම් විකිරණයේ (CMB) වත්මන් සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වය ආසන්න වශයෙන් කොපමණද?

(A) 2.73 K (කෙල්වින්)

(B) 2.73 °C (සෙල්සියස් අංශක)

(C) 3000 K (කෙල්වින්)

(D) 0 K (නිරපේක්ෂ ශුන්‍යය)

පිළිතුර සහ විවරණය

නිවැරදි වරණය: (A) 2.73 K

විද්‍යාත්මක පසුබිම:
විශ්වය ආරම්භ වූ මුල් අවධියේදී (Recombination යුගයේදී) මෙහි උෂ්ණත්වය 3000 K පමණ විය. නමුත් වසර බිලියන 13.8ක් තිස්සේ විශ්වය ප්‍රසාරණය වීම (Cosmological Redshift) නිසා මෙම විකිරණවල තරංග ආයාමය ඇදී ගොස් දිගු වී ඇත.

මතක තබාගත යුතු කරුණු:

වත්මන් උෂ්ණත්වය පූර්ණ කළු වස්තු විකිරණ (Blackbody Radiation) වර්ණාවලියකට එකඟ වන අතර එය 2.73 K (සෙල්සියස්වලින් නම් -270.42 °C) වේ.
විභාගයේදී ළමයින්ව පැටලවීමට (A) සහ (B) වරණවල එකම අගය දී ඒකක වෙනස් කරයි (K සහ °C). ඒකක පිළිබඳව සැකසිලිමත් වන්න.
මෙම විකිරණය ප්‍රථම වරට 1964 දී ආර්නෝ පෙන්සියාස් සහ රොබට් විල්සන් විසින් අහඹු ලෙස සොයා ගන්නා ලදී.

විශ්ව විද්‍යාව ක්විස් (CMB Quiz)

විශ්වයේ පැරණිතම ආලෝකය වන Cosmic Microwave Background Radiation පිළිබඳව ඔබේ දැනුම උරගා බැලීමට පහත ප්‍රශ්න කියවා පිළිතුරු සිතන්න.

ප්‍රශ්නය 1:
CMB විකිරණය ප්‍රථම වරට 1964 දී අහඹු ලෙස සොයාගනු ලැබූ ඇමරිකානු තාරකා විද්‍යාඥයන් දෙදෙනා කවුද?

ප්‍රශ්නය 2:
විශ්වය ආරම්භයේදී ඉතා අධික ශක්තියකින් යුත් ගාමා (Gamma) සහ එක්ස්-රේ (X-ray) ලෙස තිබූ මෙම විකිරණ, අද වන විට ක්ෂුද්‍ර තරංග (Microwaves) බවට පත්වීමට හේතුව කුමක්ද?

ප්‍රශ්නය 3:
CMB විකිරණ සිතියම්ගත කිරීම මඟින් විද්‍යාඥයින්ට විශ්වයේ වයස වසර බිලියන කීයක් ලෙස නිවැරදිවම ගණනය කිරීමට හැකි වී තිබේද?

පිළිතුරු විවරණය (Answers)

* CMB යනු මහා පිපිරුම් වාදයට (Big Bang Theory) ඇති ප්‍රබලම සහ වැදත්ම සාක්ෂිය වේ.

පිළිතුර 1:

ආර්නෝ පෙන්සියාස් (Arno Penzias) සහ රොබට් විල්සන් (Robert Wilson) විසින් හොල්ම්ඩෙල් සන්නිවේදන ඇන්ටනාව භාවිතා කරමින් මෙය සොයාගන්නා ලදී. මේ වෙනුවෙන් ඔවුන්ට 1978 දී භෞතික විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගය හිමි විය.

පිළිතුර 2:

විශ්වය අඛණ්ඩව ප්‍රසාරණය වීම නිසා අවකාශය (Space) ඇදී යාමත් සමඟම ඒ තුළ ගමන් කරන ආලෝක තරංගවල තරංග ආයාමයද දිගු වී ඇත. මෙම සංසිද්ධිය විශ්ව විද්‍යාත්මක red shift වීම (Cosmological Redshift) ලෙස හඳුන්වයි.

පිළිතුර 3:

යුරෝපීය අභ්‍යවකාශ ආයතනයේ (ESA) 'ප්ලෑන්ක්' (Planck) චන්ද්‍රිකාව මඟින් ලබාගත් CMB දත්ත විශ්ලේෂණයෙන් විශ්වයේ වයස ආසන්න වශයෙන් වසර බිලියන 13.8ක් (වසර බිලියන 13.787) ලෙස ඉතාමත් නිවැරදිව තහවුරු කරගෙන ඇත.

COSMOLOGY / PHYSICS

උෂ්ණත්වය සහ රක්ත විස්ථාපනය

මෙම සමීකරණය මගින් පෙන්නුම් කරන්නේ විශ්වය ප්‍රසාරණය වන විට එහි පවතින විකිරණවල උෂ්ණත්වය අඩු වන ආකාරයයි. Tpast = Tpresent · (1 + z) මෙම සූත්‍රයට අනුව, රක්ත විස්ථාපනය (z) වැඩි වන විට, අතීතයේ පැවති උෂ්ණත්වය (T_past) වර්තමාන උෂ්ණත්වයට වඩා බෙහෙවින් වැඩි බව පෙනේ.

T_past අතීතයේ පැවති උෂ්ණත්වය

T_present වර්තමාන CMB උෂ්ණත්වය (2.7K)

z රක්ත විස්ථාපනය (Redshift)

Advanced Cosmology Pattern

ගැටලුව (Question)

තාරකා විද්‍යාඥයින් විසින් ඉතා ඈතින් පිහිටි මුල් කාලීන මන්දාකිනියක් නිරීක්ෂණය කරනු ලබයි. එහි විශ්ව විද්‍යාත්මක රතු විshift වීම (Cosmological Redshift) z = 9 ලෙස ගණනය කර ඇත. වර්තමාන විශ්වයේ CMB විකිරණයේ සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වය 2.73 K නම්, මෙම මන්දාකිනිය පැවති යුගයේදී විශ්වයේ තිබූ CMB පසුබිම් උෂ්ණත්වය කොපමණද?

විසඳන මූලධර්මය (Concept)

විශ්වය ප්‍රසාරණය වන විට CMB විකිරණවල උෂ්ණත්වය රතු විshift වීමට (z) ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතිකව අඩු වේ. එනම්, අතීත විශ්වයේ උෂ්ණත්වය සෙවීමේ සූත්‍රය:
T = T₀ × (1 + z)

විසඳීම (Solving)

ලබා දී ඇති දත්ත:

වර්තමාන උෂ්ණත්වය (T₀) = 2.73 K
රතු විshift වීම (z) = 9

1. සූත්‍රයට අගයන් ආදේශ කිරීම:

T = 2.73 × (1 + 9)

2. වරහන සුළු කිරීම:

T = 2.73 × 10

පිළිතුර: T = 27.3 K

(එනම්, රතු විshift වීම 9ක් වන එම ඈත අතීත යුගයේදී විශ්වයේ පසුබිම් උෂ්ණත්වය වර්තමානය මෙන් හරියටම 10 ගුණයක් උණුසුම්ව පැවතී ඇත.)

2026 විභාග සඳහා විශේෂ ඉඟිය: ඔලිම්පියාඩ් විභාගවලදී "Recombination Era" (CMB මුදාහළ යුගය) සඳහා z අගය 1100 ලෙස දී ප්‍රශ්න ඇසීමටද පුළුවන. එවිට උෂ්ණත්වය 2.73 × (1 + 1100) ≈ 3000 K ලෙස ලැබෙන බව මතක තබාගන්න.

Written By

Senior Astronomy Consultant

Teacher / Club Mentor

වසර ගණනාවක අත්දැකීම් සහිත ගුරු මණ්ඩලය සහ තාරකා විද්‍යා සංගමයේ ජ්‍යෙෂ්ඨ උපදේශකවරුන් විසින් මෙම පාඩම් මාලාවන් සකස් කර ඇත. නිරවද්‍ය සහ නවීනතම දත්ත පදනම් කරගනිමින් සිසුන්ගේ දැනුම වර්ධනය කිරීම මෙහි අරමුණයි.

Astronomy Club Alumni

Past Member / Content Creator

අතීත සාමාජිකයන් වශයෙන් අප ලැබූ දැනුම සහ අත්දැකීම් මතු පරපුර වෙත ලබා දීම සඳහා මෙම ව්‍යාපෘතියට දායකත්වය ලබා දෙන්නෙමු.

CMB පසුබිම් විකිරණය

CMB: විශ්වයේ දෝංකාරය

CMB: ඒකාකාරී බව (UNIFORMITY)

CMB: අසමමිතික බව (ANISOTROPY)

CMB: පුනර්සංයෝජනය (RECOMBINATION)

CMB: රක්ත විස්ථාපනය (REDSHIFT)

CMB: අහඹු සොයාගැනීම

CMB: අඳුරු යුගය (DARK AGES)

CMB: විශ්වයේ ජ්‍යාමිතිය

CMB: විශ්වයේ අනාගතය

ප්‍රශ්නය (Question)

පිළිතුර සහ විවරණය

විශ්ව විද්‍යාව ක්විස් (CMB Quiz)

පිළිතුරු විවරණය (Answers)

උෂ්ණත්වය සහ රක්ත විස්ථාපනය

ගැටලුව (Question)

විසඳන මූලධර්මය (Concept)

විසඳීම (Solving)

Written By

Senior Astronomy Consultant

Astronomy Club Alumni

Astronomy Newsletter