宇宙の晴れ上がりを語る。

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宇宙の晴れ上がりとは

現在の科学では、地球から100億光年先の銀河も観測することができる。
これは、この銀河を出た光が、何かに妨害されることなく100億光年の距離を直進してきたことを示している。

光が直進できるのだから、宇宙は濁っていないし、曇ってもいない。
宇宙は透明なのだ。

宇宙が始まって137億年が経過した。
しかし、宇宙は最初から透明だったわけではない。
初期の宇宙は、不透明だった。

宇宙が生まれてから38万年後に、宇宙が突如として透明になった。
この現象を宇宙の晴れ上がりという。

急に霧が晴れて遠方の景色が見えるようになったイメージだ。

なぜ、宇宙の晴れ上がり が起きたのか

約137億年前、宇宙はわずか一点だった。
宇宙はこの一点から急激に膨張し始まったのだ。
急激な膨張の直後に物質が生成され、宇宙が広がっていった。
これをビッグバンという。

宇宙全体の物質が一点に収まっていたのだから、初期の宇宙はギュウギュウ詰めだった。
このため、ビッグバン直後の宇宙は非常に高温・高密度の状態だったのだ。

宇宙は膨張するにつれ、物質の間にすきまが広がってくる。
宇宙の密度はだんだんと下がっていったのだ。

高温・高密度の状態では、原子核と電子はバラバラに飛び交っている。
これらは、光を散乱してしまうので光は直進できない。
高温・高密度の宇宙は、不透明なのだ。

ビッグバンから38万年たつと、変化が起こった。
原子核が電子を捕獲し原子が生まれた。
原子は光を散乱しないので光は直進できる。
つまり、ビッグバン後38万年で宇宙が透明になったのだ。

宇宙の晴れ上がりと宇宙背景放射

宇宙が晴れ上がった瞬間に直進を始めた光は今も宇宙を走っている。
その光は、宇宙膨張に伴って波長が伸び、現在はマイクロ波になっている。

このマイクロ波は、宇宙の全方向からやってくる。
これを宇宙背景放射という。

宇宙背景放射は、宇宙から均一の放射線が来ると思われたが、詳しく測定するとムラがある。
ムラは、わずか10万分の1だ。
これを温度ゆらぎという。

宇宙背景放射と温度ゆらぎ
宇宙の晴れ上がりの瞬間のスナップショットである。
出典:WMAP

温度ゆらぎは、宇宙の初期に物質の分布にムラがあったことを示している。

現在の物質の分布は宇宙全体で不均一だ。
銀河があり、銀河団があり、超銀河団がある。
このような構造ができるためには、宇宙の初期に、物質の分布にムラがあったはずだ。

物質の密度が高い場所では、引力が強いので周囲から物質を集める。
すると、さらに引力が増えるので、さらに物質を集める。

このような物質の分布の濃淡がキッカケとなって銀河、銀河団、超銀河団が生まれたのである。

宇宙の晴れ上がりの前、光は散乱を繰り返した。
このとき、物質分布のムラの影響で、場所によって散乱の程度が違ってくる。
この違いが、宇宙の晴れ上がり後に宇宙背景放射の温度ゆらぎとなって観測されるのである。

宇宙の晴れ上がりと再電離

今、銀河間のガスを観測すると大部分が電離していることが分かる。
これは、宇宙の晴れ上がり以後のいつかの時点で、ガスがまたまた電離してしまったことを示している。
この現象を宇宙の晴れ上がりに対比して、宇宙の再電離と呼ぶ。

中性の水素ガスを電子と原子核(陽子)に電離するには、それなりのエネルギーが必要である。
銀河間のガスの大部分を電離するなら、その量は途方もない。

さて、そのエネルギーはどこから、どのように供給されたのだろうか？
この疑問は今もって解決されていない。

なお、再電離は宇宙誕生後、2億年くらいの時期に起こったらしい。

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