ビッグバンを想像すると頭が痛くなる場合は、その直後に起こったことで爆発する可能性があります。宇宙論者は、誕生したばかりの宇宙 (物質とエネルギーの熱くて濃いスープ) が、光の速度よりも速い爆発的な膨張を経験したと考えています。魔法の風船のように、宇宙は 10 秒間に 60 倍の大きさになりました。インフレーションとして知られるこの段階は、宇宙が 1 秒も経たないうちに終わりました。
137 億年後の今、宇宙学者たちは、このインフレーションの最初の直接的な証拠であると彼らが言うものを検出しました。宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) (ビッグバンからの残留放射線) の研究から、重力波の痕跡 (空間と時間の構造のうねり) が発見されました。重力波は、誕生後の非常に短いエポックで宇宙全体に波及しました。 CMB へのこれらの重力波の痕跡は、理論家が何十年も予測してきたものと一致します。マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバード・スミソニアン天体物理学センターで今朝発表された調査結果は、重力が最小スケールで、電磁気学などの他の力と同様に量子力学の規則に従うことも示しています。
「これは驚くべき結果です」とマサチューセッツ工科大学ケンブリッジ校の宇宙学者であり、インフレーションの最初の支持者の 1 人である Alan Guth は言います。今日ハイライトされている研究には関与していなかったGuthは、研究者が1週間前に彼に秘密を誓った後、ドラフト論文を見せたと言います. 「観察結果は非常に重要なレベルにあります」と彼は言います。カリフォルニア州スタンフォード大学の宇宙論者であり、理論的に最も成功したインフレーション モデルの 1 つを開発した Andrei Linde は、次のように同意しています。
この発見は、宇宙銀河外偏光のバックグラウンド イメージング (BICEP) として知られるプロジェクト専用の、南極にある小さいながらも洗練された望遠鏡による観測からもたらされました。可視光やその他の種類の電磁放射と同様に、宇宙マイクロ波の電場と磁場は無数の方向のいずれかに沿って振動している可能性があります。 BICEP の研究者が使用する望遠鏡は、空のさまざまな部分で変化する CMB の方向 (偏光) をマッピングするように設計されています。 2010 年 1 月から 2012 年 12 月の間に空の小さなパッチから取得されたデータで、研究者は、CMB にかすかな風車のような渦巻きのランダムなパターンを発見しました。 B モードと呼ばれるこのような渦巻きは、原始宇宙における重力波の特徴であり、多くの宇宙学者が言うには、インフレーションの決定的な武器です。
ハーバード大学の宇宙学者で、BICEP の 4 人の主任研究者の 1 人である John Kovac は、次のように述べています。
宇宙論の標準モデルによると、宇宙が誕生したとき、宇宙には量子ゆらぎでかき乱された電場に似た量子場が含まれていました。インフレーションは、これらの極小の変動を巨大なサイズに拡大し、密度、エネルギー、および物質の違いを生み出し、最終的に銀河やその他の機能を備えた今日の宇宙構造につながりました.変動はまた、空全体の CMB の温度の変動を引き起こし、そこから宇宙学者は、通常の物質、重力が銀河を束縛する謎の暗黒物質、および宇宙を引き伸ばす奇妙な暗黒エネルギーの観点から、宇宙の内容を決定しました。
しかし、量子力学のおかげで、ビッグバンで生成された量子場が変動しただけでなく、時空自体も変動しました。インフレーションはその時空を引き延ばし、何十億光年の波長の重力波に揺さぶりました。波は CMB に独自の痕跡を残し、CMB 光子を散乱させて、Kovac と彼の同僚が観察した偏光パターンを作成しました。
BICEP は、欧州宇宙機関のプランク宇宙船を含む他の実験の群れをすくい上げました。プリンストン大学の宇宙学者で、チリでアタカマの B モード探索に取り組んでいる Suzanne Staggs は、このニュースを聞いてショックを受けたと言います。 「これについて考えれば考えるほど、信号が非常に大きいため、私はより興奮しています」と彼女は言います.
Kovac は、この実験の成功は、CMB 偏光を測定する技術の進歩によるところが大きいと言います。観測に使用された望遠鏡の検出器は、プランクの検出器を開発したカリフォルニア工科大学のジェイミー・ボックが率いる同じグループによって作成されました。 Planck は 2007 年に打ち上げられましたが、「私たちは毎年望遠鏡に行き、検出器をアップグレードすることができました」と Kovac は言います。また、BICEP の望遠鏡が小さな領域に焦点を合わせている間、プランクは全天を調査していました。 「私たちは今、プランクの分極結果を待ち望んでいます」と Kovac は言います。
B モードの発見は始まりに過ぎないと研究者は言う。現在の信号の強さは、理論家にインフレ中のエネルギー密度を伝えます。空の大小の渦巻きの統計的分布を調べることで、原始宇宙のエネルギーと密度の分布の詳細な画像をつなぎ合わせることができるかもしれません。これは、インフレの正確なモデルを突き止めるのに役立ちます.
メリーランド州ボルチモアにあるジョンズ・ホプキンス大学の宇宙学者であるマーク・カミオンコフスキーは、「私たちにとって、それはとてつもなく巨大です。 「目を覚ますと、ビッグバンの 1 兆分の 1 兆分の 1 兆分の 1 秒後に何が起こったかを知ることは、毎日ではありません。」
