In 1965 ontdekten twee radio-astronomen, Arno Penzias en Robert Wilson, dat de hemel in alle richtingen microgolfstraling (radiostraling) uitstraalt. Opvallend is dat deze straling erg gelijkmatig verdeeld is over de hemel, en erg nauwkeurig overeen komt met de straling van een object op een temperatuur van 2.73 K (= -270.42 °C). Deze microgolfstraling wordt de kosmische achtergrondstraling genoemd.
Het spectrum van de kosmische achtergrondstraling komt perfect overeen met dat van een thermische straler op 2.73 K.
De Big Bang-theorie bracht een verklaring voor deze achtergrondstraling. Ze zegt namelijk dat het heelal aanvankelijk erg heet was, maar bij het uitzetten stelselmatig afkoelde. Op dit ogenblik zou het heelal nog altijd niet volledig afgekoeld zijn, en de kosmische achtergrondstraling wordt gezien als de straling van deze overblijvende warmte.
De kosmische achtergrondstraling geeft ons inzage in het prille heelal: de straling die nu als achtergrondstraling wordt waargenomen, kwam 380 000 jaar na oerknal vrij, toen straling zich voor het eerst vrij kon bewegen. Sindsdien is deze straling naar ons onderweg, aan de snelheid van het licht (300 000 km/s). Door de uitdijing van het heelal neemt de intensiteit van de straling af, en de kosmologische roodverschuiving zorgt ervoor dat wat oorspronkelijk UV, infrarood en zichtbaar licht was, ons nu als radiogolven bereikt.
De achtergrondstraling over de ganse hemelsfeer, zoals waargenomen door COBE tussen 1989 en 1992.
De COBE satelliet bevestigde in 1992 bovenstaande waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling, maar vond er lichte ongelijkmatigheden in, in de orde van 1/100 000. Men vermoedt dat dit wijst op een lichte ongelijkmatigheid in de verdeling van de massa in het prille heelal. Deze ongelijkmatigheid zou aan de basis kunnen liggen van het ontstaan van structuren in het heelal, zoals clusters en superclusters.
In 2001 lanceerde NASA de WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy) sonde. De eerste resultaten van de sonde over de kosmische achtergrondstraling liepen binnen in het jaar 2003. Hij leverde door zijn verbeterde technologie scherpere beelden af dan zijn voorganger COBE. Dankzij deze gegevens kon de leeftijd van het heelal (13,77 miljard jaar) nauwkeuriger bepaald worden tot op een foutmarge van 1%. Daarbovenop leverde hij sterk bewijs dat het heelal vlak van aard is en niet gekromd. De sonde toonde ook aan dat het heelal voor 4% uit gewone materie, voor 23% uit donkere materie en voor 73% uit donkere energie bestaat.
De achtergrondstraling over de ganse hemelsfeer, zoals waargenomen door WMAP tussen 2001 en 2010.
De ESA lanceerde in 2009 een derde sonde omtrent dit thema, de PLANCK "surveyor". Deze sonde heeft nog nauwkeurigere technologie aan boord waardoor we enkele gegevens van de WMAP sonde opnieuw licht moeten bijstellen. Zo dijt het heelal minder snel uit dan gedacht en moet de leeftijd geschat worden op 13,82 miljard jaar. Ook de gegevens over de samenstelling van het heelal werden licht gewijzigd: 4,9% gewone materie, 26,8% donkere materie en 68,3% donkere energie. De waarde van de constante van Hubble kan worden afgeleid uit deze metingen
De achtergrondstraling over de ganse hemelsfeer, zoals waargenomen door PLANCK in 2013.
Nota: de figuur moet gezien worden als bolvormige ruimte geprojecteerd op een plat vlak. men moet beide uiteinden aan elkaar kleven, en het geheel opblazen, dan krijgt men een bolvormige ruimte, wat PLANCK heeft waargenomen
Het elektromagnetisch spectrum
Zichtbaar licht, UV-stralen, X-stralen, infrarood licht, microgolven, radiogolven, ... Fysisch zijn het allemaal elektromagnetische golven. Het enige verschil is de golflengte van de golf. In onderstaande figuur is te zien welke straling met welke golflengte overeenkomt.
In de deeltjesfysica wordt licht niet gezien als een elektromagnetische golf, maar wel als een massaloos deeltje, het foton. Naargelang het foton een hoge of lage energie heeft, bevindt het zich links of rechts in bovenstaand spectrum.