毎日、科学者や天文学者は宇宙に関する新しい発見を私たちに提供しています。最新の観測技術を使用した視覚宇宙探査では、誕生または消滅する星、衝突する銀河、ブラック ホール、さらには太陽系外の惑星さえも記録できます。
Space.comの Charles Q. Choi 氏の記事によると、宇宙はビッグバン、つまり大爆発で誕生した際、光速を超える速度で膨張しました。 NASA によると、この成長インフレの後、インフレは拡大し続けましたが、その速度ははるかに遅くなりました。したがって、宇宙が膨張するにつれて宇宙は冷却され、物質が形成されました。
参考までに、ビッグバンの 1 秒後、宇宙はすでに中性子、陽子、電子、反電子、光子、ニュートリノで満ちていました。そしてすでに最初の 3 分間に、ビッグバン元素合成として知られるプロセス中に軽元素が誕生しました。
その後、温度が劇的に低下し、陽子と中性子が衝突して、水素の同位体である重水素が生成されました。その後、重水素の大部分が結合してヘリウムが生成され、微量のリチウムも生成されました。
時間の経過
最初の冷却の後でも、最初の 38 万年ほどの間、宇宙は光が輝くには本質的に熱すぎました。創造の熱は原子を十分な力で圧縮し、霧のように光を散乱させる陽子、中性子、電子の不透明なスープである高密度のプラズマに分割しました。
NASAによると、その 38 万年後、物質は再結合の時代に原子が形成できるほど冷却され、透明で電気的に中性のガスが生成されました。研究者らは、この行動はビッグバン時の最初の閃光を逃したと述べており、この閃光は現在宇宙マイクロ波背景放射として検出可能である。
しかし、この時点以降、星やその他の明るい天体はまだ形成されていなかったため、宇宙は暗闇に陥りました。この暗黒の時代は長く続きましたが、本当に長い時間でした。
そして、ビッグバンから約 4 億年後、宇宙は再電離の時代に宇宙の暗黒時代から出現し始めました。 5億年以上続いたこの期間中に、ガスの塊が崩壊して最初の星や銀河が形成され、その高エネルギーの紫外線が中性水素の大部分をイオン化して破壊した。
宇宙の膨張は徐々に減速しましたが、ビッグバンから約50億年か60億年後、現在暗黒エネルギーと呼ばれている謎の力が再び膨張を加速し始め、科学的観測によると、この現象は今日まで続いています。そして、ビッグバンから 90 億年余り後、私たちの太陽系が誕生しました。
ビッグバン
考え方は少し複雑ですが、宇宙が生まれる前には空間がなかったため、宇宙は宇宙に膨張しませんでした。むしろ、ビッグバンは宇宙全体で同時に宇宙が出現したものと考えたほうがよいでしょう。
したがって、宇宙は大爆発以来どこにも膨張していません。 2014年、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの科学者らは、宇宙マイクロ波背景放射の中にかすかな信号を発見したと発表した。これはビッグバンから名残された重力波の最初の直接証拠となる可能性がある。その結果については激しく議論されていますが、これらの神秘的な波紋の探索は続けられています。
寿命と構造
宇宙の年齢を知っていますか?現在の年齢は約138億年と推定されています。宇宙の隣では、私たちの太陽系はまだ誕生したばかりで、約 46 億歳です。しかし、科学者たちはどうやってこれほど壮大で複雑な物の年代を推定しているのでしょうか?
専門家は、宇宙の物質の組成とエネルギー密度を測定することでこれを行います。これにより、研究者は宇宙が過去にどのくらいの速度で膨張したかを計算できるようになりました。この知識により、彼らはビッグバンがいつ起こったかを推定することができました。その時から今までが宇宙の時代です。
宇宙の構造に関して、科学者たちは、物質とエネルギーが全体にほぼ均一に分布していたため、存在の最初の瞬間には何も定義されていなかったと信じています。
しかし、時間の経過とともに、物質の密度の小さな変動による重力が、今日見られる星と空洞の広大な絡み合った構造を生み出しました。
高密度領域は重力によってより多くの物質を引き寄せ、質量が蓄積するほどより多くの物質が引き寄せられ、星、銀河、「クラスター」として知られるより大きな構造、スーパークラスター、フィラメント、数千の銀河からなる壁を形成し、10億以上の光に達しました。密度の低い領域は成長できず、空隙が形成されます。
暗黒物質とエネルギー
暗黒物質の存在は真実ですが、天文学者たちは暗黒物質が形成されるかどうかをまだ完全に確信していません。しかし、私たちは、それが発光物質（銀河とそのすべての構成要素）との相互作用とそれが及ぼす重力によってそこに存在することを知っています。それでも、それは科学にとって謎です。
Space.comの Charles Choi 氏によると、約 30 年前まで、天文学者たちは、宇宙はほぼ完全に通常の原子、つまり「バリオン物質」で構成されていると考えていました。しかし、最近では、それを構成するコンテンツのほとんどが私たちには見えない形で提供されていることを示唆する証拠が増えています。
科学界に受け入れられている宇宙論モデルでは、宇宙は重力、空間の膨張、加速を妨げるエネルギーと粒子で構成されています。
このシナリオでは、原子はその 4.6% のみを構成します。残りのうち、密度の 72% は暗黒エネルギー (宇宙に負圧の影響を及ぼし、宇宙の加速膨張の原動力でもある) で構成され、23% は暗黒物質で構成されていると考えられています。仮想的には、目に見える物質に重力の影響を及ぼします。
形
Space.comによると、宇宙の形状は非常に複雑で相対的な問題です。膨張が有限であるか無限であるかは、膨張率と重力との関係によって決まります。さらに、問題の引力の強さは、宇宙内の物質の密度に部分的に依存します。
たとえば、密度が特定の臨界値を超えると、宇宙は球の表面のように「閉じられ」、「正に湾曲」します。これは、最初は平行だった光線がゆっくりと収束し、最終的には交差して開始点に戻ることを意味します。
NASA によると、宇宙は無限ではありませんが、球の表面の面積が無限ではないが、始まりも終わりも定義されていないのと同じように、宇宙には終わりがありません。このようにして、宇宙は最終的に膨張を止めて崩壊し始め、その結果、いわゆる「ビッグクランチ」が起こります。
一方、宇宙の密度がこの臨界密度よりも小さい場合、空間の幾何学形状は鞍の表面のように「開いた」「負の湾曲」になります。そうであれば、宇宙には限界がなく、永遠に膨張していきます。
しかし、宇宙の密度が臨界密度と正確に等しい場合、宇宙の幾何学形状は紙のように曲率がゼロの「平坦」になります。そうであれば、制限がなく永遠に膨張しますが、無限の時間が経過すると膨張率は徐々にゼロに近づきます。
最近の測定によると、宇宙は平らであり、誤差はわずか 2% であることが示唆されています。しかし、宇宙は異なる曲率を持っているように見えても、より複雑な形をしている可能性があります。たとえば、宇宙はドーナツのような形をしている可能性があります。
実際、宇宙はまだ多くの秘密を保持しており、新しい発見のたびに私たちを驚かせる素晴らしいものです。
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