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宇宙最古の光がなぜ均一なのかご存知ですか？
広大な宇宙には、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）と呼ばれる一種のマイクロ波放射が存在します。この放射線はあらゆる場所に存在し、観測可能な宇宙の隅々まで浸透しています。通常の光学望遠鏡で星や銀河の間の空間を観測すると、背景は暗く見えることが多いのですが、感度の高い電波望遠鏡を使うと、かすかでほぼ均一な背景光を検出することができます。この光の存在はビッグバン理論が正しいことを証明するものであるため、宇宙の起源を理解する上で極めて重要です。
宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙の初期の状態に関する豊富な情報を提供します。
ビッグバンモデルでは、宇宙の初期の時代は高密度で高温のプラズマで満たされていた。宇宙が膨張するにつれて、これらのプラズマは中性水素が形成できる点まで冷却されました。この時点で、宇宙はもはや不透明ではなく透明になり、光子が広大な空間を自由に移動できるようになりました。このプロセスは再結合の時代と呼ばれ、大量の光子が放出されることにより、今日私たちはこの古代の光を検出することができるのです。
宇宙マイクロ波背景放射は均一に見えますが、完全に滑らかというわけではありません。高感度検出器は、物質と光子の相互作用によって生じる弱い異方性を検出することができます。空全体にわたるこれらの異方性構造の分布は、パワースペクトルによっても表すことができ、初期宇宙の物理現象を捉える一連の山と谷を示します。
最初のピークは宇宙全体の曲率を明らかにし、2 番目と 3 番目のピークは通常の物質と暗黒物質の密度を詳細に示します。
天文学者が COBE、WMAP、プランクなどの地上および宇宙ベースの実験を使用してこれらの温度の不均一性を調べると、宇宙の構造と進化の歴史はランダムではなく、宇宙の初期の状態によって大きく影響されていることが分かります。実際、これらの実験から得られたデータにより、現在の宇宙がどのような様子なのかをより深く理解できるようになります。
1920 年代以降、多くの科学者がこの宇宙背景放射線について推測し、研究し始めました。 1964年、無線技術が成熟するにつれ、2人のアメリカ人天文学者、アルノ・ペンジアスとロバート・ウィルソンが偶然CMBを発見することができました。この発見はビッグバンモデルの予測を裏付けるだけでなく、1978年のノーベル物理学賞も獲得しました。
この放射の色温度は約 2.725 K で、理想的な黒体放射の特性と一致しています。
CMB の発見は物理学における画期的な出来事でした。測定精度が高いだけでなく、これらのデータはさまざまな理論モデルによって検証できるため、宇宙の進化を理解するための強力な証拠となります。その後の数十年間、複数の検出器による検出結果により、宇宙マイクロ波背景放射に関する私たちの理解は修正され続けました。地上と宇宙の両方で行われたこれらの実験は、ますます厳密なテスト方法とアプローチを実証しています。
宇宙の進化において、これらの初期の光子の存在は私たちに多くの疑問と思考をもたらします。その均一性は宇宙の初期の状態の特殊な特徴を反映しています。この状態は、今日の銀河の配置と物質の分布にどのように反映されているのでしょうか?これは、将来の研究が宇宙を理解する新たな時代をもたらすことを意味するのでしょうか?
