Arno Penzias và Robert Wilson nghiên cứu bức xạ phông nền vũ trụ dựa vào kết
quả thực nghiệm từ việc thu được tiếng ồn vô tuyến từ kính thiên văn vô tuyến.
Các sóng vô tuyến phát ra từ thiên hà của chúng ta, cũng như từ đa số các nguồn thiên văn khác, có thể mô tả tốt nhất như là một loại “tiếng ồn” rất giống tiếng ồn
“tĩnh” mà người ta nghe được qua một máy thu thanh trong một buổi trời sấm sét.
Tiếng ồn vô tuyến ấy không dễ dàng phân biệt được với tiếng ồn điện không tránh được, sinh ra bởi sự chuyển động hỗn độn của các electron trong cơ cấu của ăngten
vô tuyến và các mạch khuyếch đại, hoặc là với tiếng ồn vô tuyến mà ăngten bắt được từ bầu khí quyển của quả đất.
Hình 4.1. Phân bố Planck
Phân bố Planck trên hình 4.1, mật độ năng lượng trên mỗi khoảng bước sóng đơn vị được vẽ là một hàm của bước sóng, đối với bức xạ vật đen, có nhiệt độ là 3
K. (Đối với một nhiệt độ lớn hơn 3 K là f lần, thì chỉ cần rút ngắn bước sóng 1/f lần và tăng mật độ năng lượng lên f mũ 5 lần). Đoạn thẳng của đường biểu diễn ở bên phải được mô tả gần đúng bằng “phân bố Rayleigh – Jeans” là một đường với độ
dốc như vậy được chờ đợi với một nhóm trường hợp rộng rãi ngoài trường hợp bữc
xạ vật đen. Đoạn đi xuống rất dốc về phía trái là so bản chất lượng tử của bức xạ, và là một nét đặc thù của bức xạ vật đen. Đoạn đường có ghi “bức xạ thiên hà” chỉ rõ
cường độ tiếng ồn vô tuyến từ thiên hà chúng ta sinh rạ
Penzias và Wilson dùng một dụng cụ gọi là “tải lạnh” - cường độ từ ăngten được so sánh với cường độ sinh ra bởi một nguồn nhân tạo được làm lạnh đến nhiệt độ hêli lỏng, khoảng bốn độ trên độ không tuyệt đốị Tiếng ồn điện trong các mạch
khuyếch đại sẽ là như nhau trong cả hai trường hợp, và do đó sẽ tự triệt tiêu khi so sánh, cho phép đo trực tiếp cường độ từ ăngten đến.
Hình 4.2. Ảnh chụp của WMAP về bức xạ phông vi sóng vũ trụ
Vào mùa xuân năm 1964 là họ đã nhận được một tiếng ồn sóng cực ngắn ở
7,35 centimet khá đáng kể, không phụ thuộc vào hướng. Họ cũng đã tìm ra rằng
phông “tĩnh” đó không phụ thuộc vào thời gian trong một ngày, hoặc vào mùa trong
năm. Các sóng vô tuyến với các bước sóng như 7,35 centimet và đến một mét, được
đến mức làm một tỷ lệ lớn khí hyđrô có mặt lúc đó đã bị “nấu nướng” thành những
nguyên tố nặng hơn, trái với sự kiện là khoảng ba phần tư vũ trụ hiện nay lại là
hyđrô. Sự “nấu nướng” hạt nhân nhanh này chỉ có thể được cản lại nếu vũ trụ đã chứa đầy một bức xạ có một nhiệt độ tương đương rất lớn ở những bước sóng rất
ngắn, có thể làm nổ được các hạt nhân cũng nhanh như chúng được tạo nên.
Chúng ta sẽ thấy rằng bức xạ đó đã còn lại sau quá trình giãn nở của vũ trụ sau đó, nhưng nhiệt độ tương đương của nó tiếp tục giảm trong khi vũ trụ giãn nở và giảm
tỷ lệ nghịch với kích thước vũ trụ, vũ trụ hiện nay chứa đầy bức xạ.
Hình 4.3. Bản đồ bức xạ sóng vô tuyến từ các nguyên tử Hydro từ dải Ngân
Hà (ảnh bên trên) đang được nghiên cứu có liên quan đến bản đồ bức xạ phông vi
