[Published: June 24, 2022 12.46am AEST] – スリハリ、9歳、ケララ州、インド
[答えてくれる先生] Christopher Pattison
クリストファー・パティソン 博士
英国、ポーツマス大学 宇宙重力研究所の主任研究員
宇宙マイクロ波背景放射 Cosmic Microwave Background（略してCMB）は光です。宇宙全体で見ることができる最も古く、最も遠い光です。それは、宇宙の始まりと考えられているビッグバン Big Bangの直後から来ています。
しかし、あなたや私が肉眼で見ることができるような光では構成されていません。私たちが見ることができる光の種類は可視光と呼ばれますが、他の種類の光が存在します。マイクロ波は一種の光であり、骨折をチェックするために使用するX線や、車内で音楽を聴くための電波も同様です。
当初、CMBは非常にエネルギッシュなX線光でした。時間が経つにつれて、それはエネルギーを失い、より低エネルギーのマイクロ波になりました。
CMBは宇宙の始まりからの光です。この時点で、宇宙は非常に熱くて密度が高く、電子 (electrons) や陽子 (protons) と呼ばれる粒子でいっぱいでした。これらの粒子には電荷 (electric charge) があり、光が粒子の1つに到達すると、電荷によって光が別の方向に送られます。これにより、光が非常に遠くまで移動するのを防ぎました。
クールダウン
しかし、時間の経過とともに、宇宙は拡大し、冷えました。最終的に、宇宙が十分に冷えると、電子と陽子が結合して水素原子 (atoms of hydrogen) を形成し始めました。これらの原子には電荷がないため、電子や陽子が単独で行うのと同じように光に影響を与えることはありません。光はそれらを通り抜け、まるでそれが完全に空であるかのように宇宙を通り抜けることができました。
宇宙は至る所で同じ速度で冷えたので、このプロセスはどこでも同時に起こりました。突然、光は宇宙全体から同時に非常に遠くまで速く移動する可能性があります。この光は今日も続いており、CMBとして地球上で私たちに届くものです。
CMBライトは常に宇宙の周りにありましたが、最初の原子が形成されるまで、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38万年後にリリースされたことを私たちは知っています。これはビッグバンからCMBのリリースまでの長い時間のように聞こえますが、宇宙は140億年近く前のものであるため、これは宇宙が非常に若いときに起こりました。
CMBは、はるか昔の宇宙の様子について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ると、初期の宇宙は非常に熱く、放射線でいっぱいでした。宇宙が膨張して冷えると、この放射は最終的に放出されます。これはまさに現在CMBとして見ているものです。ビッグバン理論によって予測された気温さえあります。これが、CMBがビッグバン理論が正しいことの証拠であると言える理由です。
偶然の発見
CMBは偶然に発見されました。米国の2人の科学者、ロバート・ウィルソン (Robert Wilson) とアルノ・ペンジアス (Arno Penzias) は、マイクロ波望遠鏡を使用しており、アンテナを向けたあらゆる場所で同じ余分な信号を見続けていました。彼らは、余分な信号は望遠鏡の故障、あるいはアンテナのハトの糞が原因である可能性があると考えました。
やがて彼らは、ビッグバン理論が存在すると予測したCMBを初めて検出した人間であることに気づきました。彼らはその発見でノーベル賞 (Nobel prize)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、CMBのより良い画像を取得してきました。宇宙で最も古い光を見ることは、私たちが今日見るすべてのものがどのようになったかを理解するのに役立ちます。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
[編集者注] ビッグバン理論へのCMB発見の貢献についての参考サイト：名古屋大学宇宙論研究室
