10年以上前、宇宙の温度を測っていた天文学者は、奇妙なものを発見しました。 7052>
天文学者はビッグバンの名残で宇宙全体を覆っているマイクロ波放射を測定していたのです。 この宇宙マイクロ波背景放射（CMB）を見つめることは、原初の宇宙を垣間見ることであり、40万歳にも満たなかった時代です。 しかし、新しく打ち上げられたWMAP衛星を武器に、天文学者たちは10万分の1の温度変化まで調べることを目指したのだ。 ビッグバン後の一瞬の量子的な泡から生まれたランダムな揺らぎは、宇宙が何でできていて、どのようにしてすべてが生まれたのかを科学者が理解するのに役立ちます。 長年にわたり、天文学者はそれを説明するために、機器の誤差や並行宇宙など、あらゆる種類のアイデアを考え出してきました。
理論によれば、星も銀河も存在しないような巨大な空洞が、CMBに冷たい痕跡を残している可能性があるのです。 この謎に対する答えは、単に「何もない」ということなのかもしれません。
コールドスポットの作り方
コールドスポットは、CMBの中で唯一奇妙なものではありません。 例えば、空の半分からの信号が他の半分よりわずかに強く見えるなど、科学者たちは他にもこのような異常をいくつか発見しています。
本当に大きなものは、一種の歪曲レンズとして機能するかもしれない
異常の最も単純な説明は、それが偶然の産物で、CMBのランダムな温度変動であるというものです。 コインを100回ひっくり返すと、20、30、あるいは50の表が連続して出る可能性が常にあります。 科学者にとっての挑戦は、それらの異常が運によるものなのか、それともコインの重みによるものなのかを見極めることです。 コールドスポットに関しては、データによると、それがまぐれ当たりである可能性は200分の1であることが分かっています。 7052>
一部の科学者は、コールドスポットが機器のエラーやデータの分析方法によるものだと指摘していました。 しかし2013年、プランク衛星による新たな観測で、以前の冷たいスポットの検出が確認されました。
現在、最も有力な仮説として浮上しているのは、宇宙のスーパーボイドです。 銀河や目に見えない暗黒物質など、宇宙に存在するすべてのものは、シート、テンドル、フィラメントなどの広大な網の目のように宇宙空間を横切って広がっています。 その間にあるのが「ボイド」と呼ばれる空洞で、さまざまな形や大きさのものがあります。
光子が空洞の中を移動している間も、宇宙はどんどん膨張し続けます。 光は空洞を通るとき、エネルギーを失い、周波数が下がり、スペクトルの低い赤の方にシフトします。 ほとんどのものと同様に、光は重力の影響を受けやすく、その旅路で光子に作用することがあります。 しかし、空洞の中は物質がほとんどないため、光に影響を与える重力はほとんどありません。 光子にとって、空洞を飛ぶことは坂道を登るようなものなのです。
しかし、光子はそのエネルギーを取り返すことができる。
しかし、光子はそのエネルギーを取り戻すことができます。空洞を出ると、再び物質に囲まれ、重力の影響により引っ張られて、失ったエネルギーが注入されるのです。 光子が空洞の中を移動している間にも、宇宙はどんどん膨張しています。 光子が空洞を出る頃には、この宇宙の伸びのおかげで、すべての物質が広がっていることに気づきます。 物質がより広く分布しているため、重力はそれほど強くはない。
30億光年以内に空洞があるかもしれない
物理学者は1960年代後半にこの現象を解明しましたが、実際に観測した人は誰もいませんでした。 しかし、コールドスポットが発見された後、ハワイ大学のイシュトヴァン・サプディなどの天文学者は、統合サックス・ウルフ効果 (ISW effect) と呼ばれるこの現象の証拠を探し始めました。
驚くべきスーパーボイド
ザプディは、CMBに痕跡を残している個々のボイドを特定することができず、それを行うためのデータを持っていませんでした。 その代わりに、彼と彼のチームは、100個のボイドと銀河団を統計的に分析し、全体的なISW効果を探しました。 研究者たちは、CMBの温度を平均して約1000万分の1ケルビン、つまり10マイクロケルビン変化させる、本当のISW効果を発見しました。
CMBの平均より約70マイクロケルビン低いコールドスポットと比較すると、その効果は小さなものです。 しかし、重要なのは、空洞がコールドスポットを作る可能性があることを示したことです。 もし空洞が十分に大きければ、コールドスポットを作ることができると考えられるのです。 「このコールドスポットがCMBの最大の異常であるとすれば、それは巨大な空洞、つまり宇宙では非常に珍しい空洞の兆候である可能性が非常に高いのです」とサプディ教授は言う。 「というわけで、今すぐ探すべきだと思いました。 半径 220 メガパース
2010 年の最初の試みでは、何も見つかりませんでした。 しかし、そのデータは限られたもので、スポット内の数点しかカバーしていませんでした。
昨年、彼と彼のチームは、今度は200倍以上の空とコールドスポット全体をカバーする大量のデータを使って、再挑戦しました。 その結果、何千もの銀河を含む、より多くのデータが得られ、以前のヒントは正真正銘の「空白」であることがわかりました。 そして、そのデータは明確なものでした。 「空洞があることは絶対に間違いないのです。 「とサプディは言います。「私は自分の家を賭けてもいいくらいです。 半径は2億2千万メガパースで、7億光年以上です。これは、宇宙で最も大きい物理構造の1つです。 このような希少な空洞が、これまた希少な冷温点に重なっていることは、単なる偶然にしてはあまりに考えにくいと思われます。 それよりも可能性が高いのは、この空洞が寒冷点を引き起こしていることだ、と彼は言う。 実際、このシナリオは、2つの天体が偶然に重なった場合よりも、2万倍も可能性が高いと計算しました。 2004年にコールドスポットの発見を主導したスペインのカンタブリア大学のパトリシオ・ビエルバ氏のような天文学者にとっては、この空洞の珍しさはまだ疑問です。 もし、このような空洞がもっと広く存在することがわかれば、この配列はそれほど注目されるものではないでしょう。 もしかしたら、これは単なる偶然かもしれません。 そのため、研究者たちは、このようなスーパーボイドがどれくらい珍しいものなのかを測るために、より多くのデータを必要としているのです。 「
Not cold enough
But there’s a bigger problem.
The superoid can’t get the CMB cold enough.これは、スーパーボイドがCMBを十分に冷やすことができないということです。 この大きさのスーパーボイドは、CMBを20マイクロケルビンしか冷やすことができません。 しかし、コールドスポットは平均して70マイクロケルビンも冷たくなっています。
この矛盾の背景には、ボイドが実際に測定されたものよりも大きいという可能性があります。 もしそうなら、ISWの効果はより強くなるはずである。 Szapudiの測定の不確かさを考慮すると、ボイドの半径は270メガパーセクまで伸びる可能性があります。 7052>
実際、現在の宇宙論の理論では、宇宙は十分な大きさの空洞を形成することさえできないかもしれないと、ビエルバは言います。 「
より多くの観測により、天文学者はスーパーボイドのサイズと特性をより正確に測定することができます。
しかし、もしボイドでないなら、何でしょうか？ おそらく、この冷たい場所は、宇宙論的なテクスチャー、つまり氷に見られる亀裂や斑点に似た宇宙の欠陥によるものだとビエルバは言います。 初期宇宙が進化するにつれ、水が凍るときと同じような相転移が起こり、液体から固体に変化したのです。 氷の場合、水の分子が一列に並ばないことで欠陥が生じます。 宇宙では、テクスチャができるかもしれません。 2007年、ヴィエルヴァは、テクスチャが存在すれば、ISW効果によってコールドスポットが生成される可能性があることを示しました。 「
ほとんどの天文学者にとって、スーパーボイドはまだ最良の説明であるように思われると、Van de Weijgaert氏は言います。 「現在では、スーパーボイドは最も信憑性のある選択肢の一つだと考えられています。 「
確かに、空洞仮説は確かに興味深いものだとビエルバは言います。 しかし、温度の不一致を解決することが先決です。
私たちは、この話の最後を知らないのです。
もっとデータがあれば助かるのですが、誰も知らないと思います。 例えば、より多くの観測によって、天文学者はスーパーボイドの大きさや性質をより正確に測定することができます。 また、前景に小さな空洞があるかどうかも明らかになり、CMBを冷やすのに役立つかもしれません。 おそらく、スーパーボイドが、すでに通常より少し冷たくなっているCMBの領域の前にあるために、冷たい点がとても冷たいのでしょう。 「この時点では、不確実性が非常に大きいので、このことであまり眠れないはずです」と、イギリスのダラム大学の天体物理学者であるカルロス・フリンクは言います。 彼の予感では、もっとデータを集めて分析すれば、スーパーボイドが正しい答えとして浮かび上がってくるはずです。 「もしそうなら、このコールドスポットは、ISW効果によってCMBに痕跡を残す物体（スーパーボイド）の最初の測定となります。 スーパーボイドが巨大であることもあり、これは重要なことです。 スーパーボイドは、別の意味でも重要かもしれません。 「ISW効果は、宇宙がどんどん膨張し、宇宙を押し広げている不思議な力がダークエネルギーであるからこそ働くのです。 スーパーボイドからISW効果を測定することで、研究者はダークエネルギーの影響を調べることができ、それがどのように振る舞い、どのようなものであるかをより理解することができます。