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宇宙誕生時の重力波が観測されたらしい。
ビッグバン理論とかインフレーションとかそういうことの解明にはどうしても重力波の解析が必要で、今回の出来事はそのための突破口をひらいたような形になる。
今日はニュースをみてワクワクしてしまった。

このニュースのワクワクさ加減を他の人にもしってもらいたく、僕の知っているところを書いてみた。
まずはやっぱり宇宙の誕生から話が始まりますー。




137億年ほど前宇宙が誕生し、その10-35秒後インフレーションが起きた。(※10-35=1秒の1000兆分の1の1000兆分の1の1万分の1)
これがビッグバンの始まりである。それまで宇宙を満たしていたとてつもないエネルギーが熱に変わり、急激な膨張をうみだしたのだった。

10-34秒ほどでインフレーションが終了したとき、宇宙はものすごい高エネルギー状態の素粒子に満ちていた。(このまえ有名になったヒッグス粒子は100億分の1秒後とかいわれていたりなんとか)
ここからさらに宇宙は膨張していき、同時にエネルギーが低下し温度が下がってくる。

ビッグバンから100万分の1秒くらいたつと、素粒子が結合して陽子や中性子などの物体になれるほど宇宙の温度が下がってくる。
1秒ほどたった宇宙はさらに温度が下がって100億Kほどになっていて、ここにきてニュートリノが自由に動けるようになる。それまでの宇宙は密度が高く温度も高かったためニュートリノといえど他の粒子と反応せず長く存在することは難しかったのだが、やっとニュートリノはここらへんで自由を得られたのだ。そしてそのときに自由をえたそのニュートリノが現在も宇宙を飛び回っている。
10秒ほどたつと、ほとんどの粒子は反粒子と結合して消滅しており、加えて宇宙の温度は新たに粒子や反粒子を生み出せないくらいの高温にまでさがってきている。
3分ぐらいたつと、宇宙は10億Kほどまで冷えてきていて、陽子と中性子が結合してヘリウムなどの軽い原子核がつくられるようになる。
20分ぐらいで宇宙は電子、軽い原子核、高エネルギーの光子の世界になる。光子はかつてのニュートリノのように、長い距離をすすもうとすると電荷をもった粒子に錯乱されてしまいうまくすすむことができない。この状態が38万年ほど続く。

宇宙が膨張を続けたまま38万年がすぎると、宇宙の温度はついに3000Kほどに下がる。すると原子核と電子が結合して電気的に中性な原子が形成される。こうなると光子は荷電粒子に吸収されたり錯乱されたりすることがなくなり、やっと自由に動けるようになる。このことを「宇宙の晴れ上がり」Recombination再結合)などと呼ぶ。
温度と光の色は関係があるが、3000Kでは波長が1マイクロメートルほどのオレンジ色の光りが有力になる(黒体放射)。このオレンジの光はその後宇宙が1000倍に膨張するとともに波長も1000倍にのび、結局いまでは波長1ミリメートルぐらいのマイクロ波になっている。
ときに現在宇宙ではこの1ミリのマイクロ波が背景のように宇宙空間を飛び交っており、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)といわれている。これこそまさにビッグバン理論の証拠ではないかというわけで、世界各国が電波望遠鏡などをつかってこの波長の電波(光)を観察している。

しかしいくら電波を観察してもビッグバンから38万年後以降の宇宙のことしかわからない。もっと前のことを知りたければ、別のものをつかわなければならない。そのひとつがニュートリノだ。ニュートリノは前述のようにビッグバンから1秒後ほどに自由を得ているため、ニュートリノの研究はよりビッグバンに近い状態のことを知ることへの可能性を開く。
とはいえニュートリノでさえ1秒後の世界だ。インフレーションの謎にせまるにはまだまだ遠い。この宇宙歴10-35秒の世界を知るためには、光やニュートリノではだめだ。そもそもそれらはまだ存在すらしていなかった。しかし重力は重力波は、そのころから基本的に妨げられることなく伝わっている・・・観測することさえできるならば・・・。

重力波は遭遇する粒子すべてと相互作用をし、歪ませる。その歪みの振動を計測することができればいいのだが、それはとんでもなく難しい。たとえばLIGOやVIRGOなどといった観測施設は、L時型の角から放出されたレーザーが端で反射されて跳ね返ってきたとき、半波長ずつずれるようにして打ち消しあうようにしている。もし重力波が観測されれば、その干渉が半波長からちょっとだけズレるため、打ち消されずに残るものがあるというわけだ。また観測衛星を3つ正三角形型になるように打ち上げ、重力波によってそれらの距離がずれたところを検出しようとするプロジェクトもあった。それからまた、パルサー(点滅してみえる星)からの光線に重力波が作用して生じる点滅間隔のズレを測定しようとするプロジェクトもある。

また宇宙マイクロ波背景放射(CMB)にきざまれたゆらぎを検出する方法もある。
光の歪み、偏光にはEモード(対称性あり)とBモード(左右の区別あり)の2種類がある。密度の揺らぎはEモードの偏光を生むが、重力波はEモード、Bモード両方の偏光を生み出す。つまりBモードの偏光が確認されれば重力波の存在が感じられるというわけだ。しかも重力波は38万年後の「宇宙の晴れ上がり」の時点以前でも自由に広がることができた。だから電磁波などが自由に動けるようになったとき、重力波は電磁波にその痕跡を残すことができた。したがってCMBからBモードの偏光を検出できれば、宇宙誕生時の重力波について知ることができる。

今回はそのようなCMBのBモードの偏光から原始重力波を観測したようだ。だんだんと人類がビッグバン理論の核心にせまっていく・・・!

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