宇宙が誕生したばかりの頃を想像するのは難しい。中年期の宇宙は現在、930億光年にわたって広がり、最大2兆個の銀河と2000兆個以上の恒星を擁している。しかし、始まりは単純だった。生まれたばかりの頃の宇宙は、本質的に熱く密度の高い粒子のスープであり、数十億年かけて膨張と冷却を繰り返してきた。チリ北部に設置された望遠鏡が、初期の宇宙をのぞき込み、宇宙全体に放射されたビッグバンの残光を捉えた。
アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）は、宇宙の誕生初期に、後に最初期の銀河や星を形成する物質を捉えた、これまでで最も鮮明な宇宙初の光の画像を公開しました。アメリカ物理学会の次回の会議で発表されるこの新しい画像は、宇宙がわずか38万歳だった頃のものです。現在の宇宙の年齢は138億歳と成熟しており、光が望遠鏡に到達するまでに130億年以上もかかったことを意味します。
「物事がはるかに単純だった時代を振り返ることで、私たちの宇宙が今日の豊かで複雑な場所へとどのように進化したかという物語をつなぎ合わせることができる」と、プリンストン大学の物理学および天体物理学教授でACT分析リーダーのジョー・ダンクリー氏は声明で述べた。
これは私たちが観測できる最も古い宇宙の時代です。これは、光が自由電子によって頻繁に散乱し、宇宙が不透明だったためです。ビッグバンから38万年後、粒子が結合し始め、光が自由に移動できるようになり、宇宙の暗黒時代が終わりました。
宇宙を貫いた最初の光の冷えた残骸は、宇宙マイクロ波背景放射として知られています。これはビッグバンの名残で、今もなお遠方の宇宙で検出されています。この太古の光は、宇宙の過去と未来の手がかりを運んでおり、天文学者はビッグバンに可能な限り近づき、宇宙の誕生と進化を解明しようとしています。
ACTはチリの山頂から15年間宇宙の空を観測し、宇宙最初の光の強度と偏光を極めて高感度に測定することに成功しました。これにより、科学者たちは生まれたばかりの宇宙を占めていた渦巻く物質の温度、密度、速度を推定し、銀河や星が形成される前にどれだけの量が存在していたかを測定することができました。
この物質の偏光は、宇宙誕生初期における水素とヘリウムの詳細な動きを明らかにする。「私たちは、最古の星や銀河の形成に向けた最初の一歩を目撃しているのです」と、ACT所長でプリンストン大学物理学教授のスザンヌ・スタッグス氏は声明で述べた。「そして、私たちは単に光と闇を見ているのではなく、光の偏光を高解像度で見ているのです…潮汐から月の存在を推測するのと同じように、光の偏光によって追跡された動きは、宇宙のさまざまな場所で重力がどれほど強かったかを教えてくれます。」
これらの画像は、科学者たちが宇宙の起源を解き明かす手がかりを集めるのに役立っています。ACTの測定結果を検討した結果、研究チームは宇宙の年齢を138億年と確定し、その不確かさはわずか0.1%でした。「若い宇宙が現在のサイズに達するには、より速い速度で膨張しなければならなかったでしょう。私たちが測定する画像は、より近いところから私たちに届いているように見えるはずです」と、ペンシルベニア大学天文学教授でACT副所長のマーク・デブリン氏は声明で述べています。
研究チームはまた、宇宙が私たちからあらゆる方向に約500億光年まで広がり、1,900ゼタ太陽（太陽の約2兆兆個に相当）に相当する質量を含んでいることをより正確に測定することができた。
新たな理論を打ち出すのではなく、測定結果は、私たちを取り巻く宇宙が通常通りの姿で存在していることを裏付けている。「私たちの宇宙論の標準モデルは、最も厳格な一連のテストを受けたばかりです。結果が出ましたが、非常に健全なようです」と、プリンストン大学の天文学教授、デイビッド・スパーゲル氏は声明で述べた。「新たな物理学の証拠として、様々な方法で検証してきましたが、目新しいものは見つかりませんでした。」
