宇宙マイクロ波背景放射とは何ですか?それはビッグバンの後に作られたのでしょうか？

宇宙マイクロ波背景放射とは何ですか?

宇宙マイクロ波背景放射の創造と発見

宇宙マイクロ波背景放射（略して CMB）は、宇宙全体で観測できる最も古く、最も長く移動する光です。 (写真出典: Yaroslav Vitkovskiy/Shutterstock)

この記事はThe Conversation誌に初めて掲載されました。同誌はこの記事をSpace.comのExpert Voices: Op-Ed & Insightsセクションにライセンス供与した。

宇宙マイクロ波背景放射とは何ですか?それはビッグバンの後に作られたのでしょうか？ - インド、ケララ州出身の9歳のスリーハリちゃん。

宇宙マイクロ波背景放射（略して CMB）は、宇宙全体で観測できる最も古く、最も長く移動する光です。それはビッグバン（宇宙の始まり）の直後に作られました。

しかし、それはあなたや私が肉眼で見ることができる光ではありません。私たちが見ることができる光は可視光と呼ばれますが、他の種類の光もあります。マイクロ波は光の一種であり、骨折の検査に使うX線や、車の中で音楽を聴くのに使う電波も同様です。

当初、CMB も非常にエネルギーの高い X 線でしたが、時間の経過とともに徐々にエネルギーを失い、エネルギーの低いマイクロ波になりました。

CMB は、宇宙が誕生した当時、電子と陽子で満たされ、非常に高温で高密度であった頃から存在している光です。これらの粒子は電荷を帯びており、光が当たると、電荷によって光が別の方向に送られます。これにより、光が遠くまで移動することが防止されます。

プランク望遠鏡で撮影されたCMBの写真。色は CMB 上のさまざまな場所のさまざまな温度を表しています。 (画像クレジット: ESA およびプランク研究所、CC BY-SA)

徐々に冷やす

時間の経過とともに、宇宙は膨張し、徐々に冷えていきました。最終的に、ある一定の点まで冷却すると、電子と陽子が結合して水素原子が形成されます。これらの原子は電荷を持っていないため、電子や陽子と同じように光の伝播に影響を与えません。光は、あたかも宇宙が空であるかのように、宇宙の中でそれらを通して伝播することができます。

宇宙はどこでも同じ速度で冷えており、このプロセスはどこでも同時に起こっています。突然、光は宇宙全体を同時に高速かつ長距離移動できるようになりました。光は今も旅を続けており、地球に届く光は宇宙マイクロ波背景放射です。

最初の原子が作​​られる前、CMB 光は宇宙全体に存在していましたが、それほど遠くまで移動することはできませんでした。実際、ビッグバンから38万年後に放出されたことが分かっています。ビッグバンから光の放出までは長い時間のように思えますが、宇宙の年齢が約140億年であることを考えると、実際には宇宙がまだ非常に若かった頃に起こったことです。

CMB は、宇宙がいつ誕生したかなど、多くの重要な情報を教えてくれます。ビッグバン理論によれば、初期の宇宙は非常に高温で、放射線に満ちていた。膨張する宇宙が冷えるにつれて、この放射線は最終的に放出され、今日見られるCMBを形成しました。ビッグバン理論は宇宙の温度についても予測しており、それがビッグバン理論が正しいことの証拠として CMB を使用する理由です。

予期せぬ発見

CMB は実は偶然に発見されました。ロバート・ウィルソンとペンジアスという二人の科学者は、マイクロ波望遠鏡を使って観測すると、アンテナをどのように動かしても同じ外部信号が見られるということを発見しました。彼らは、この信号は望遠鏡自体、あるいはアンテナ上のハトの糞によって発生したのではないかと考えた。

写真は、ニュージャージー州ホルムデルのベル望遠鏡研究所で電波天文学者のロバート・ウィルソンとアルノ・ペンジアスが CMB を発見したときに使用したホルムデル 15 メートルホーンアンテナです。 (画像提供: NASA、Wikipedia経由)

最終的に彼らは、ビッグバン理論によってその存在が長らく予測されていた CMB を初めて検出したのだということに気づいた。彼らはこれによってノーベル賞を受賞しました。

それ以来、私たちは多くの望遠鏡を宇宙に送り込み、CMB のより正確な画像を取得してきました。宇宙最古の光を観察することは、私たちが今日目にする多くの物事を理解するのに役立ちます。

著者:クリストファー・パティソン

FY: いろいろ

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