宇宙のインフレーションと CMB

宇宙のインフレーションとは宇宙開闢から10^-36秒後から10^-34秒の間に起こったとされる指数関数的な空間膨張のことです。宇宙初期の爆発的な膨張であるビッグバンよりも以前に起こり、より急激な膨張現象であったと考えられています。
インフレーション理論は、ビッグバン理論では説明できない宇宙の一様性や平坦性など、現代宇宙論の諸問題を解決する有力な理論です。しかしながら、まだ観測によってその存在が証明されたわけではありません。

理論によると”アメーバが一瞬で銀河のサイズに”と表現されるほどの急激な膨張の結果として、重力波が発生したとされています。これを原始重力波と呼びます。
もしこの原始重力波を直接観測することができれば、我々はインフレーション理論の正しさを証明できたと言えます。しかし、原始重力波は非常に微弱なため、直接観測は困難です。
そのため宇宙物理学者は、「間接的に」原始重力波を検出することを目指しています。インフレーション理論では宇宙マイクロ波背景放射(Cosmic Microwave Background: CMB)という宇宙全天からやってくる電磁波には、原始重力波により刻まれたBモード偏光と呼ばれる特殊な偏光パターンが刻まれているとされています。

Bモード偏光を見つけ出しインフレーション理論の検証を行なうことで、宇宙の始まりを解き明かすことが我々石野・安達研究室の目標です。

宇宙マイクロ波背景放射(Cosmic Microwave Background : CMB)は宇宙のあらゆる方向から飛来しているマイクロ波・ミリ波帯域の電磁波のことです。宇宙全天で一様な強度で観測でき、そのスペクトルが黒体放射に非常に良く一致するという特徴があります。これらの特徴は、宇宙は過去に高温高密度の火の玉状態であり、空間の膨張と共に徐々に冷えて現在の姿となったというビッグバン理論の強力な証拠となりました。

CMBは電磁波が初めて直進できるようになった時期の電磁波であることから、“宇宙最古の光”とも呼ばれ、多くの情報を含んだ現代宇宙論の非常に重要な観測対象です。近年ではPlanck衛星による高精度なCMBの観測結果から、我々の住む宇宙の年齢が138億年であることがわかりました。

また前述の通り、CMBにはBモード偏光という形で宇宙のインフレーションにより生じた原始重力波の影響も刻まれていると考えられています。しかし、Bモード偏光はCMBの温度揺らぎやEモードと呼ばれる他の偏光成分と比べると微弱であるため、観測のためには偏光に対して従来より100倍高い感度を達成しなければなりません。現在世界中で、より高精度な実験装置や解析手法の開発、それらを駆使したCMB観測プロジェクトが進行しており、我々石野研究室も後述する人工衛星に搭載される望遠鏡（宇宙望遠鏡）を用いた「LiteBIRD」（ライトバード）実験と、地上の望遠鏡を用いた「Simons Observatory」（サイモンズオブザーバトリー）実験に取り組んでいます。

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