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1965 年の驚くべき発見: アーノルド・ペンジアスとロバート・ウィルソンは宇宙論をどう変えたか
1965 年、米国のベル研究所で電波天文学の研究を行っていたアーノルド ペンジアスとロバート ウィルソンは、偶然、弱いマイクロ波背景放射を発見しました。この発見は、当時の科学的理解を覆しただけでなく、重要な証拠を提供しました。宇宙の起源についての私たちの理解。彼らが発見した宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) は、ビッグバン理論を強力に裏付けるものと考えられており、宇宙の進化への重要な手がかりを提供します。
「私たちはこの現象を説明しようと試みてきましたが、合理的な理由を見つけることができませんでした。」
最初の研究は 1940 年代に始まり、当時、ホージャーのような科学者は宇宙の起源とその冷却過程を説明するために複数の理論を開発しました。しかし、これらの理論が確立され、経験的に裏付けられたのは、ペンジアスとウィルソンの発見後のことでした。これらのマイクロ波背景放射の均一性は、宇宙の膨張と冷却の仮説を確立し、その後の多くの研究や探査の指針にもなりました。
宇宙マイクロ波背景放射の測定と分析により、現在の宇宙モデルの多くの詳細が明らかになりました。ビッグバン理論によると、宇宙は最初の数秒で高エネルギー密度の高温プラズマで満たされました。次の数十万年にわたって、宇宙が膨張するにつれて、これらの粒子は冷却され、中性の水素原子を形成し、光を散乱しなくなり、光子が自由に通過できるようになりました。このプロセスを「再編期間」と呼びます。
「再結合期間中に放出される光子は、宇宙が膨張するにつれてエネルギーを変化させます。この現象が、今日私たちが検出している宇宙マイクロ波背景波を形成します。」
COBE、WMAP、プランクなどのその後の観測機器は、これらのマイクロ波背景放射の特性をさらに分析し、さまざまな方向での温度変動を明らかにしました。これらの変動は、初期宇宙における物質と光子の相互作用の複雑なプロセスを示すだけでなく、宇宙の全体的な構造とその進化の歴史も反映しています。
重要なのは、CMB のさまざまなピークが初期宇宙に関する重要な情報を提供していることです。最初のピークは宇宙全体の曲率を示し、2 番目と 3 番目のピークは通常物質と暗黒物質の密度を明らかにします。これらの研究では、銀河団などの前景の特徴からの干渉など、CMB データを正確に抽出する際に課題があります。
「非常に小さな変動の範囲内であっても、宇宙の複数の特性を高精度で測定することができます。」
1960 年代以来、理論の継続的な進歩により、宇宙マイクロ波背景放射は宇宙を理解するための最良の証拠であると考えられています。この背景にあるさまざまな偏光信号とそのスペクトルの小さな変化は、初期宇宙の秘密をさらに明らかにするでしょう。新しい技術が開発されるにつれ、科学者たちは今後数十年間で、原始宇宙と構造の形成についての理解が深まる、より説得力のあるデータが得られると期待しています。
歴史を振り返ると、ペンジアスとウィルソンの予期せぬ発見が単なる科学的事故ではなく、宇宙の進化と将来の探査の鍵を明らかにしたことがわかります。では、私たちは将来の探査にどのように取り組むべきでしょうか。宇宙の起源と進化?
