宇宙マイクロ波の背景は何ですか？

何千年もの間、人間は宇宙を熟考し、その真の範囲を決定しようとしてきました。 古代の哲学者たちは、世界は円盤、ジグラート、または天体の海や何らかのエーテルに囲まれた立方体で構成されていると信じていましたが、現代天文学の 20世紀までに、科学者たちは宇宙が本当にどれだけ広大であるか（そしておそらく終わりのない）を理解し始めました。,

そして、宇宙に遠く、そしてより深い時間に戻って見ての過程で、宇宙学者はいくつかの本当に素晴らしいものを発見しました。 例えば、1960年代に、天文学者は、すべての方向で検出可能であったマイクロ波背景放射に気づくようになりました。 宇宙マイクロ波背景（CMB）として知られているこの放射線の存在は、宇宙がどのように始まったかの理解を知らせるのに役立っています。

Description:

CMBは本質的に宇宙全体に浸透する最も初期の宇宙時代から残された電磁放射です。, ビッグバンから約380,000年後に形成されたと考えられており、最初の星や銀河がどのように形成されたかの微妙な兆候が含まれています。 この放射は光学望遠鏡を使っては見えませんが、電波望遠鏡は電波スペクトルのマイクロ波領域で最も強い微かな信号（または輝き）を検出することができます。

CMBは地球からあらゆる方向に138億光年の距離で見え、科学者たちはこれが宇宙の真の時代であると判断します。 しかし、それは宇宙の真の範囲を示すものではありません。, 宇宙が初期の宇宙以来ずっと膨張している（そして光の速度よりも速く膨張している）ことを考えると、CMBは私たちが見ることができる時間の中で最も遠いものに過ぎません。

ビッグバンとの関係：

CMBは、ビッグバン理論と現代の宇宙モデル（ラムダ-CDMモデルなど）の中心です。 理論が進むにつれて、138億年前に宇宙が生まれたとき、すべての物質は無限の密度と極端な熱の一点に凝縮されました。 物質の極端な熱と密度のために、宇宙の状態は非常に不安定でした。, 突然、このポイントが拡大し始め、私たちが知っているように宇宙が始まりました。

この時点で、空間は、陽子、中性子、電子および光子（光）からなる白色の熱いプラズマ粒子の均一な輝きで満たされていた。 ビッグバンから380,000万年後から150万年後の間に、光子は常に自由電子と相互作用しており、長距離を移動することはできなかった。 したがって、なぜこの時代が口語的に”暗黒時代”と呼ばれるのか。,

宇宙が膨張し続けるにつれて、電子が陽子と結合して水素原子を形成することができる点まで冷却されました。 再結合期間）。 自由電子がない場合、光子は宇宙を妨げられずに移動することができ、今日のように現れ始めました（すなわち、透明で光によって透過されました）。 数十億年にわたって、宇宙は拡大し続け、大幅に冷却されました。,

空間の拡大により、光子の波長はおよそ1ミリメートルに成長し（”赤方偏移”になり）、その有効温度は絶対零度2.7ケルビン（–270°C;-454°F）のすぐ上に減少した。 これらの光子は今日の宇宙を満たし、遠赤外線および無線波長で検出することができる背景の輝きとして現れます。

研究の歴史：

CMBの存在は、1948年にウクライナ系アメリカ人の物理学者George Gamowと彼の学生であるRalph AlpherとRobert Hermanによって最初に理論化されました。, この理論は、非常に初期の宇宙における軽元素（水素、ヘリウム、リチウム）の元素合成の結果に関する研究に基づいていました。 本質的に、彼らはこれらの元素の核を合成するためには、初期の宇宙は非常に熱くなければならないことに気付きました。

彼らはさらに、この非常に暑い期間からの残りの放射線が宇宙に浸透し、検出可能であると理論化しました。 宇宙の膨張のために、彼らはこの背景放射がマイクロ波の波長に対応する絶対零度よりわずか5K（-268°C;-450°F）の低い温度を有すると推定した。 CMBの最初の証拠が検出されたのは1964年までではありませんでした。,

これは、アメリカの天文学者Arno PenziasとRobert Wilsonが電波天文学と衛星通信実験に使用することを意図していたDicke放射計を使用した結果です。 しかし、彼らの最初の測定を行ったとき、彼らは考慮することができず、背景放射の存在によってのみ説明することができる4.2kのアンテナ温度を超えていることに気づいた。 彼らの発見のために、ペンジアスとウィルソンは1978年にノーベル物理学賞を受賞しました。,

当初、CMBの検出は、異なる宇宙論の提唱者間の論争の源であった。 ビッグバン理論の支持者は、これがビッグバンから残された”遺物の放射”であると主張したのに対し、定常状態理論の支持者は、それが遠くの銀河からの星明かりの散乱の結果であると主張した。 しかし、1970年代までに、ビッグバンの解釈を支持する科学的コンセンサスが浮上していた。

1980年代、地上機器はCMBの温度差にますます厳しい制限を課しました。 これらには、ソビエトのRELIKT-1衛星プログノス9号（1983年に打ち上げられた）とNASAの宇宙背景探査機（COBE）ミッション（whoの調査結果は1992年に発表された）が含まれていた。 彼らの仕事のために、COBEチームは2006年にノーベル物理学賞を受賞しました。,

COBEはまた、重力不安定性によって作成された初期宇宙の大規模な密度変化に対応するCMBの最初の音響ピーク、プラズマ中の音響振動を検出した。 多くの実験は、最初の音響ピークのより正確な測定を提供することを目的とした地上および気球ベースの実験から成っていた次の十年にわたって続いた。

第二の音響ピークはいくつかの実験によって暫定的に検出されたが、2001年にウィルキンソンマイクロ波異方性プローブ（WMAP）が配備されるまで決定的に検出されなかった。, ミッションが終了した2001年から2010年の間に、WMAPはまた、第三のピークを検出しました。 2010年以来、複数のミッションがcmbを監視して、偏光と密度の小さなスケールの変化の改善された測定を提供しています。

これらには、DASI（QUaD）のQUESTやAmudsen-Scott南極観測所の南極望遠鏡、チリのAtacama Cosmology TelescopeとQ/U Imaging ExperimenT（QUIET）望遠鏡などの地上望遠鏡が含まれます。 一方、欧州宇宙機関のプランク宇宙船は、宇宙からCMBを測定し続けています。,

CMBの未来：

様々な宇宙論によると、宇宙はある時点で膨張を止めて逆転し始め、崩壊に続いて別のビッグバン–別名が続くかもしれません。 ビッグクランチ理論。 大きな裂け目として知られている別のシナリオでは、宇宙の膨張は最終的にすべての物質と時空自体が引き裂かれることにつながります。

これらのシナリオのどちらも正しくなく、宇宙が加速速度で拡大し続けた場合、CMBはもはや検出できない点までレッドシフトを続けます。, この時点で、それは宇宙で作成された最初の星明かりによって追い抜かれ、その後、宇宙の将来に起こると仮定されているプロセスによって生成された背景放射フィールドによって起こるでしょう。

私たちは今日、Universeで宇宙マイクロ波の背景について多くの興味深い記事を書いています。 ここでは宇宙マイクロ波背景放射とは何ですか？、ビッグバン理論：私たちの宇宙の進化、宇宙インフレーションは何でしたか？, 初期の宇宙を理解するための探求、画期的な発見：新しい結果は、宇宙のインフレの直接的な証拠を提供し、宇宙はどのくらい速く拡大していますか？ HubbleとGaiaは、これまでに最も正確な測定を実施するためにチームを組んでいます。

詳細については、NASAのWMAPミッションページとESAのPlanckミッションページをご覧ください。

天文学のキャストはまた、主題に関する情報を持っています。 ここで聞く：エピソード5–ビッグバンと宇宙マイクロ波の背景

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