宇宙論と天体物理学

宇宙マイクロ波背景放射（CMB）

CMBはビッグバン後約38万年、宇宙が透明になった時に放たれた名残の光です。温度地図の微小な揺らぎは宇宙構造の種となりました。

CMBはビッグバン後約38万年、宇宙が透明になった時に放たれた名残の光です。温度地図の微小な揺らぎは宇宙構造の種となりました。

モデルと観測

地図の色は平均温度からの微小な差を示し、私たちの運動による双極子と前景放射を除いています。光る物質の写真ではありません。

初期宇宙のプラズマが冷えると、電子と陽子が結合して中性水素となり、光子は自由に進めるようになりました。観測できるのは赤方偏移がおよそ $z\sim1100$ の最終散乱面であり、それ以前の不透明な時代を光で見通すことはできません。膨張に伴い光子の波長はスケール因子 $a$ に比例して伸び、初期のプランクスペクトルは数千Kから現在の約 $2.725\,\mathrm K$ まで冷えました。ほぼ完全な熱スペクトルは高温初期宇宙の強い検証です。

微小な異方性は単なる雑音ではありません。角度パワースペクトル $C_\ell$ の音響ピークには、最終散乱前の光子・バリオン振動と音響地平線が刻まれています。第1ピークの位置は幾何を制約し、ピーク高の比はバリオンと暗黒物質の密度に敏感です。解釈には銀河系ダスト、電波源、運動学的双極子の分離が必要で、偏光は再電離史の情報を加えます。したがってCMB地図は単一成分ではなく複数のパラメーターを同時に制約します。ペンジアスとウィルソンは1965年にこのマイクロ波背景信号を発見し、観測的な画期的確認となりました。

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