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2018年03月27日
テーマ：宇宙の話題(324)
カテゴリ：星空・天文学を楽しむ
「最古の写真」が描く―最新・宇宙像① 普通の物質は“少数派”
独マックス・プランク宇宙物理研究所長 小松英一郎さんインタビュー  宇宙が誕生したのは１３８億年前。 通常の物質が５％、暗黒物質２７％、暗黒エネルギー６８％でできている―。そんな最新の宇宙像を解き明かしたのは、天文衛星が撮影した「宇宙最古の写真」です。観測チームの一員として、この写真の分析で活躍した独マックス・プランク宇宙物理研究所の小松英一郎所長に、観測で分かったこと、研究の楽しさを聞きました。（中村秀生） ―小松さんが研究している「宇宙最古の写真」とは何ですか？ 小松 遠くを見ると、昔の姿が見えます。地球から太陽まで光の速さで８分かかるので、いま太陽が死んでも８分間は気づかない。隣の星は４年前の姿、隣の銀河は２５０万年前の姿が見えているのです。そうやってずっと遠くまで見ると、宇宙の始まりが見えます。 生まれたばかりの宇宙は高温で原子核と電子がバラバラでした。光は、電子で散乱されて霧の中のようでした。霧の中では写真は撮れませんね。 ようやく３８万年後に宇宙が晴れ上がり、光がまっすぐ進めるようになりました。そのとき最後に物質にぶつかって散乱した光が、まっすぐカメラに届いて、今それを見ている。１３８億年前の宇宙のありのままの姿を光で見ているわけですから、誇張でも類推でもなく「写真」なんです。  初期の温度を観測 宇宙背景放射（ＣＭＢ）は、宇宙のあらゆる方向からやってくる電波。宇宙初期の高エネルギーの光（電磁波）が１３８億年かけて届く間に宇宙膨張によって波長が伸び、現在の宇宙ではマイクロ波として観測されます。高温・高密度だった昔の宇宙の痕跡として、ビッグバン理論から予言されていました。１９６４年、米国の研究者２人が偶然、アンテナの雑音として発見し、７８年のノーベル物理学賞を受賞しました。 ＣＭＢ観測のため、米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の「ＣＯＢＥ」（８９年）と「ＷＭＡＰ」（２００１年）、欧州宇宙機関（ＥＳＡ）の「プランク」（０９年）という３機の天文衛星が打ち上げられました。ＣＯＢＥチームは、ＣＭＢのスペクトルが理論通りであることを確認するとともに、宇宙の構造形成のタネとなるわずかな温度ゆらぎを検出。チームのメンバーは０６年のノーベル物理学賞を受賞しました。 後継のＷＭＡＰは、宇宙年齢や宇宙の組成などをつきとめ、プランクはさらに高精度の観測を実施しました。 ＣＭＢマップ（画像＝©ＮＡＳＡ／ＷＭＡＰ科学チーム）は、ＷＭＡＰが観測した宇宙初期の温度ゆらぎ。青色から赤色になるにつれて、温度が高いことを表します。 ●年齢 ―誕生後３８万年の宇宙から届くこの光は「宇宙背景放射」（ＣＭＢ）と呼ばれています。ＣＭＢとはどんな光ですか？ 小松 一言でいうと、宇宙を満たしている光です。宇宙には原子やニュートリノ、暗黒物質粒子などがたくさんありますが、ＣＭＢは、それらを全部ひっくるめたよりも圧倒的に多い。原子１個に対して、ＣＭＢの光の粒子は２０億個。未来に行こうが過去に行こうが宇宙空間はＣＭＢで満ちています。水素やヘリウムといった普通の物質は超マイノリティー（少数派）なんですよ。  ―ＣＭＢの観測は、宇宙のどんな秘密を解き明かしてきたのですか？ 小松 まず、宇宙が灼熱の火の玉だったことです。ＣＭＢの光の波長ごとの強さ（スペクトル）は、溶鉱炉の溶けた鉄と似ています。昔の溶鉱炉の温度は光の色を見て職人が決めていましたが、ＣＭＢのスペクトルで当時の宇宙の温度が３０００度だったことが分かりました。 それから、物質の濃淡ですね。写真に写っているのは、３８万歳の宇宙で光が最後に物質にぶつかった姿です。だから、どれくらいの量の物質（水素やヘリウム）がどこに存在していたかが分かります。 また、光では見えない「暗黒物質」も、ＣＭＢの観測データをアインシュタイン博士の力を借りて分析すると“見る”ことができます。質量をもつ物質は、重力的に光のエネルギーを変える。この性質（重力赤方偏移）を使うと、光と相互作用する水素やヘリウムなど普通の物質と相互作用しない暗黒物質とを合わせた総量が分かる。 普通の物質と合わない分が暗黒物質というわけです。 ―他にもありますか？ 小松 普通の物質と暗黒物質の量が分かりましたが、それら二つを足しても宇宙のエネルギーの総量にはならない。つまり、物質ではない何か分からないものがある、ということです。これが「暗黒エネルギー」です。 実は、宇宙が物質だけでできているとすると、困ったことが起きます。 物質の存在量をもとに計算した宇宙年齢がいちばん古い星よりも若くなってしまう。それが大間題になって、１９９０年ごろから、何か分からないけれども宇宙を押し広げる暗黒エネルギーのようなものがあるという説が出てきました。９８年、超新星の観測によって宇宙の膨張がどんどん速くなっていると報告されました。リンゴを放り投げると落ちてこないで、どんどん速度を増して遠ざかるという不思議な話。誰も信じませんでしたね。 それが２００３年、私が参加した「ＷＭＡＰ衛星」の結果が出て、暗黒エネルギーの存在が確定的になりました。超新星を観測したグループは１１年にノーベル物理学賞を受賞しましたが、ＷＭＡＰがアシストしたんです。  宇宙の進化図。 宇宙は誕生直後に急膨張し、灼熱の火の玉となりました。３８万年後、宇宙の温度が下がって光がまっすぐ進める「宇宙の晴れ上がり」に。数億年後から星や銀河などの天体が誕生・進化してきました（イラスト＝©ＮＡＳＡ／ＷＭＡＰ科学チーム） ●俯瞰（ふかん） ―０３年の発表で、宇宙の年齢がかなり正確に決まりましたね。 小松 ＷＭＡＰが１３７億歳（±２億歳）と決めるまでは、１２０億歳とか、１５０億歳とか…大雑把でした。それまでは、宇宙で最も古い星の年齢から求めていた。でも星は、宇宙より若いに決まっているし、そもそも星の年齢を決めるのは限界がありました。 ＷＭＡＰは、宇宙の晴れ上がりから現在までに光が旅した距離を光の速度で割って宇宙の年齢を決めました。距離から宇宙年齢を求めたのは、ＷＭＡＰが初めてです。ＷＭＡＰが「宇宙のモノサシ」を与えたということもできます。 ―ＣＭＢ研究で宇宙観は変わりましたか？ 小松 大学時代にＣＭＢを知りました。「宇宙の始まりが見えるなら見るしかない」と、米国で進んでいたＷＭＡＰ計画に大学院生だった９９年に飛び込み、打ち上げ後、観測チームに入りました。 月に行った宇宙飛行士は地球を俯瞰して愛情が湧くそうです。私はＷＭＡＰのデータで毎日、宇宙全体を俯瞰しているんですね。それこそ、手に取るように宇宙の始まりを見ているのです。ふと、われに返ると、自分でも衝撃的なことをやっているな、と思います。 宇宙の始まりの物質のムラムラ（濃淡）が重力で成長し、星や惑星、私たちが生まれました。自分たちの起源まで見えるのですから、すごい。 今後の観測は、宇宙初期の急膨張「インフレーション」がどのように起こったのか、宇宙の終わりがどうなるのかを、観測でつきとめていく段階に入っていきます。 （次週につづく） 「しんぶん赤旗」日刊紙 2018年3月19日付掲載 「１３８億年前の宇宙の光が届いている」って言われるけど、物質は光の速度で膨張できないのにそんなに遠くまでどうやって広がっていったのか？って疑問があるんですが… 銀河も集まっている場所と、全くない場所が宇宙にはあるというし、物質の濃淡ができたおかげで、恒星や惑星が生まれ、生物も発生したってことですね。 お気に入りの記事を「いいね！」で応援しよう
最終更新日
2018年03月27日 13時01分11秒
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