宇宙の樹インフラトン場から銀河まで

実際の根拠

• インフラトン場：インフレーションを駆動したエネルギーを蓄えていたと考えられる仮説上のスカラー場。直接は検出されていない。

• 原始重力波：インフレーションが予言する時空のさざ波で、宇宙マイクロ波背景放射の偏光に特有のパターンを残すはずだ。2014年にあるチームが検出を発表したが、天の川銀河の塵による干渉だったことがわかった。

• クォーク・グルーオン・プラズマ：宇宙誕生から最初の数マイクロ秒の状態。2兆度を超える高温で、クォークとグルーオンはまだ陽子や中性子の中に閉じ込められていない。

• バリオン生成：まだわかっていない何らかの過程によって、物質が反物質より約10億分の1だけ多く残った。そのわずかな余りが、今日のすべてをつくっている。

• ビッグバン元素合成：ビッグバンの約3分から20分後に、宇宙は水素、ヘリウム、そしてわずかなリチウムをつくった。宇宙で最初の「元素の炉」だった。

• 再結合：宇宙は約3000Kまで冷え、電子が原子核に捕らえられ、最初の中性原子ができた。

• 宇宙マイクロ波背景放射：再結合のときに解き放たれた光は今日まで旅を続け、宇宙の膨張に引き伸ばされて、約2.7Kのマイクロ波になっている。

• ダークマターハロー：ダークマターがまず重力で集まり、そこへ通常のガスが重力の井戸に落ち込んだ。これが銀河の種だった。

• 宇宙の再電離：最初の星と銀河が出す紫外線が、薄く広がった中性水素を再び電離させ、宇宙は透明になった。

• 宇宙線：超新星残骸によって加速された高エネルギー粒子。炭素・窒素・酸素の原子核を砕き、宇宙のベリリウムと大半のホウ素をつくる。

• 原始星：ガス雲が崩壊してできた、生まれたての星。まだ水素の核融合を始めておらず、収縮にともなって重力エネルギーを放出して輝く。

• 種族IIIの星：ほぼ水素とヘリウムだけでできた第一世代の星で、太陽の数百倍の質量があった可能性があり、寿命はわずか数百万年。まだ直接観測されたことはない。

• 青色巨星：表面温度が数万度で、光度は太陽の数十万倍に達する質量の大きなO型・B型星だが、燃料は数百万年ぶんしかない。

• 赤色超巨星：大質量星の晩年。ベテルギウスは赤色超巨星で、太陽の位置に置けば、その表面は火星の軌道の外まで広がる。

• ウォルフ・ライエ星：極めて高温の大質量星で、強力な恒星風が外側の水素をはぎ取り、内部のヘリウムと炭素をむき出しにしている。

• 重力崩壊型超新星：大質量星の鉄の中心核が崩壊し、跳ね返って星が爆発する。酸素、ネオン、マグネシウム、ケイ素、硫黄、カルシウムなどの元素は主にここからくる。

• 中性子星：超新星が残した中心核で、直径わずか約20キロ。そのかけらをティースプーン1杯とると、重さは数十億トンになる。

• 恒星質量ブラックホール：最も質量の大きい星が死ぬと、中心核が崩壊してブラックホールになる。2015年、重力波によって、そうしたブラックホール二つの合体をはじめて直接「聞く」ことができた。

• 赤色巨星：太陽のような星が中心核の水素を使い果たすと、赤色巨星にふくらみ、中心核でヘリウム原子核3個を炭素に融合させる。

• 漸近巨星分枝星：低質量星の最終段階。内部ではゆっくりした中性子捕獲過程によってストロンチウム、バリウム、鉛などの元素がつくられ、恒星風が宇宙空間に吹き飛ばす。

• パルサー：高速で自転する中性子星で、灯台のように電波を掃き出す。最速のパルサーは毎秒700回以上自転する。

• 惑星状星雲：星が放出した光るガスの殻で、惑星とは関係がない。名前は、初期の望遠鏡で惑星の円盤のように見えたことに由来する。

• 白色矮星：太陽のような星の残骸。大きさは地球ほどで、質量は太陽ほどもあり、何百億年もかけてゆっくり冷えていく。

• マグネター：最も強く磁化された天体で、磁場は地球の1000兆倍以上。

• 新星：白色矮星が伴星から水素を引き込み、表面で突然核爆発が起こって明るさが1万倍以上に跳ね上がる。ただし白色矮星そのものは生き残る。

• Ia型超新星：白色矮星の質量が太陽の約1.4倍を超えると、星全体が爆発する。太陽系の鉄の半分以上は、ここから来たかもしれない。宇宙の膨張を測る「標準光源」でもある。

• 中性子星の合体：二つの中性子星が衝突し、急速な中性子捕獲によって金、白金、ウランなどの重元素をつくる。2017年、人類ははじめてその重力波と光の両方を観測した。

• キロノバ：中性子星の合体が残す光る残光で、新星の約1000倍の明るさがあり、スペクトルには生まれたての重元素が現れる。

• 赤色矮星：天の川銀河でもっともありふれた星で、質量は太陽の何分の一かしかない。寿命は数兆年に及び、宇宙の現在の年齢よりはるかに長い。

• 太陽型の星：表面温度が約5800K、寿命が約100億年の黄色矮星。太陽はそのありふれた一員だ。

• 褐色矮星：水素の核融合を点火するだけの質量がない「なりそこないの星」で、巨大惑星と恒星の中間にある。

• 連星系：太陽型の星の約半数には伴星がある。二つの星のあいだの物質移動が、新星、Ia型超新星、X線連星を生む。

• セファイド変光星：決まった周期で明るさが脈打ち、周期が長いほど明るい。1912年にリービットが見つけたこの法則で、ハッブルは銀河までの距離を測れた。

• X線連星：コンパクトな天体が伴星を貪り食うと、降着円盤が数百万度に熱せられてX線を放つ。はくちょう座X-1は、最初に確認されたブラックホール候補だった。

• 球状星団：数十万個の古い星が密集した球で、年齢は120億年を超えるものもあり、天の川銀河の構造の大半より古い。

• 矮小銀河：星が数億から数十億個しかない小さな銀河で、ダークマターの割合が特に高い。大きな銀河の「建材」。

• 超大質量ブラックホール：ほぼすべての大きな銀河の中心にあり、質量は太陽の数百万から数十億倍。初期宇宙でなぜこれほど速く育ったのかは、今も謎だ。

• クエーサー：超大質量ブラックホールが猛烈に物質を呑み込むときに放つ光。クエーサーは天の川銀河全体の数百倍も明るく輝くことがある。

• 活動銀河核：物質を呑み込んでいる超大質量ブラックホールで、ジェットは銀河の外へ数十万光年も伸びることがある。

• 原始銀河：初期宇宙にある、ガスの多い若い銀河で、猛烈な勢いで星をつくっている。ウェッブ望遠鏡は、宇宙誕生からわずか数億年後のそれらを捉えた。

• 銀河の合体：銀河は衝突を通して成長する。合体は大規模な星形成を引き起こし、渦巻銀河を楕円銀河に変えることもある。

• スターバースト銀河：天の川銀河の数十倍から数百倍の速さで星をつくる。たいてい合体や強い相互作用が引き金になる。

• 楕円銀河：大規模な合体でできる。ガスは使い果たされ、もうほとんど星をつくらず、古い赤い星でいっぱいだ。

• 不規則銀河：はっきりした形のない銀河。大小マゼラン雲がその例で、重力の乱れでゆがんでいることが多い。

• 渦巻銀河：渦状腕に沿って新しい星が絶えず生まれる円盤銀河。大きな銀河の約60%がこのタイプ。

• 棒渦巻銀河：中心を横切る星の「棒」をもつ。天の川銀河もそのひとつ。

• 天の川銀河：直径約10万光年で、1000億〜4000億個の星がある。太陽は小さな渦状腕の上にあり、2億3000万年に1回、中心を回る。

• いて座A*：天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールで、質量は太陽の約400万倍。イベント・ホライズン・テレスコープが2022年にその画像を公開した。

• 密度波：渦状腕は固定された物質ではなく、ゆっくり回る「渋滞」だ。通り抜ける星は押し縮められ、新しい星が生まれる。

• 散開星団：同じガス雲から生まれた数百から数千個の若い星で、プレアデス星団などがある。数億年のうちに少しずつ散らばっていく。

• 銀河群：重力でつながった数十個の銀河で、銀河の集まりのうち最も小さい種類。

• 局所銀河群：天の川銀河、アンドロメダ銀河、約80個の小さな銀河からなる一家で、大きさは約1000万光年。

• 銀河団：数千個の銀河が集まり、そのあいだに数千万度のガスがある。質量の大半はダークマターだ。

• 超銀河団：銀河団でできたさらに大きな構造で、1億光年以上に広がり、完全には重力でつながっていない。

• 重力レンズ：大質量の天体は光を曲げ、背後の銀河の像をゆがめ、拡大し、ときには複数に増やす。ダークマターを「量る」のに使える。

• フィラメント：銀河は、数億光年に及ぶ巨大な糸状の構造に沿って並んでいる。

• ボイド（宇宙の空洞）：幅1億光年を超える、銀河がほとんどない空っぽの領域で、宇宙の体積の大半を占める。

• ラニアケア超銀河団：天の川銀河を含む超銀河団で、2014年に地図化された。名前はハワイ語で「はかりしれない天」を意味し、約10万個の銀河を含む。

• 宇宙の大規模構造：フィラメント、壁、節、ボイドからなる三次元のネットワーク。最大のスケールで見た宇宙の姿だ。

• バリオン音響振動：初期宇宙の音波は、銀河の分布に約5億光年という特徴的な間隔を残した。宇宙の膨張を測る物差しだ。

• ダークエネルギー：約50億年前から、宇宙の膨張は減速から加速に切り替わった。それを駆動するものがダークエネルギーで、宇宙の全エネルギーの約70%を占める。

• 原始惑星系円盤：生まれたての星のまわりを回るガスと塵の円盤。アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計は、惑星が掃き清めた円盤の環や隙間を撮影した。

• カルシウム・アルミニウムに富む包有物：隕石の中で最も古い固体で、約45億6700万年前のもの。太陽系の時刻ゼロとされる。

• コンドリュール：原始惑星系円盤の中で瞬間的に溶けて冷えた、岩石の小さな粒。ほとんどの隕石に含まれる。

• 太陽：太陽系の質量の99.86%を占め、毎秒約400万トンの質量をエネルギーに変えている。

• 太陽風：太陽から絶えず吹き出す荷電粒子の流れ。星間物質にぶつかるまでに、100天文単位以上先まで吹いていく。

• 微惑星：塵から少しずつ積み上がった、キロメートル級の岩と氷のかたまり。惑星の建材だ。

• 木星：ほかのすべての惑星を合わせた質量の2倍以上。おそらく最初に形成され、その重力が太陽系全体を形づくった。

• 小惑星帯：総質量は月のわずか約3%。木星の重力のせいで、惑星にはなれなかった。

• 土星：平均密度は水より低い。環はほとんどが氷のかたまりで、できてから数億年しかたっていないかもしれない。

• グランド・タック仮説：あるモデルでは、木星はかつて火星の軌道近くまで内側に移動し、土星に外へ「引き戻された」。火星が小さい理由を説明できるかもしれない。

• 天王星：自転軸がほぼ真横に倒れている。おそらく初期の巨大衝突の結果だ。

• 海王星：1846年、その位置がまず数学で予測され、そのあと望遠鏡で確認された。

• 水星：太陽にもっとも近い惑星。太陽日は約176地球日で、1年より長い。

• 金星：厚い二酸化炭素の大気が暴走温室効果を起こしている。表面は約465℃で、水星より熱い。

• 地球：生命がいる唯一の知られた惑星で、太陽系でもっとも密度の高い惑星。

• 火星：かつては川や湖があった。キュリオシティは、ゲール・クレーターで古代の湖の堆積岩を見つけた。

• ケレス：小惑星帯で最大の天体。ドーンは、そのクレーターの中に明るい塩の堆積物を見つけた。

• 月：おそらくテイアが地球に衝突したときに飛び散った物質からできた。地球の自転軸を安定させ、潮の満ち引きを起こす。

• 地球の磁場：液体の外核で鉄が流れて磁場を生み、太陽風を遮って大気と海を守っている。

• 原始大気：初期の大気は二酸化炭素、窒素、水蒸気がほとんどで、酸素はほぼなかった。

• カイパーベルト：海王星の軌道の外にある氷天体の帯。2019年にニューホライズンズが、そのひとつアロコスの近くを通過した。

• ニースモデル：巨大惑星の軌道はかつて不安定な再配置を経験し、多くの小天体を太陽系の内側へ投げ込んだ。後期重爆撃期の引き金だったかもしれない。

• 冥王星：2006年に準惑星へ再分類された。ニューホライズンズは、その「ハート形」の領域が窒素の氷の平原だと突き止めた。

• オールトの雲：太陽系を取り巻く氷天体の球状の雲で、1光年を超えて広がっている可能性がある。長周期彗星はここから来る。

• 彗星：「汚れた雪玉」。ロゼッタは、67P彗星でグリシンとリンを検出した。

• プレートテクトニクス：地殻は割れてゆっくり動くプレートになり、炭素をマントルへ循環させ、長期的に地球の気候を調節している。

• 深海の熱水噴出孔：水素と硫化物に富む熱水が海底から噴き出す。発見されたのは1977年で、太陽光なしで生きる生態系を丸ごと育んでいる。

関連する研究

これらの研究はこのトピックに関連しますが、このページの直接の証拠ではありません。

• αβγ論文：アルファーとガモフはビッグバンで軽い元素ができる過程を計算し、ベーテの名前が加えられて「αβγ」になった。

  出典：Alpher, Bethe & Gamow, Physical Review 1948, "The origin of chemical elements"

• 宇宙マイクロ波背景放射：ベル研究所の2人の研究者はアンテナのノイズをどうしても消せず、ついにそれがビッグバンの残光だと気づいた。1978年のノーベル賞を受けた。

  出典：Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"

• 残光を説明する：プリンストンのチームはこの放射を探す準備をしていたが、隣の研究所に先を越され、理論的な説明を書き記した。

  出典：Dicke, Peebles, Roll & Wilkinson, The Astrophysical Journal 1965, "Cosmic black-body radiation"

• 完全な黒体：COBEが測定したスペクトルは理論上の黒体曲線とほぼ完全に一致し、ビッグバン理論に決定的な裏づけを与えた。

  出典：Mather et al., The Astrophysical Journal Letters 1990, "A preliminary measurement of the cosmic microwave background spectrum by the Cosmic Background Explorer (COBE) satellite"

• 残光のさざ波：背景放射には10万分の1の温度のさざ波がある。このわずかな差が、銀河の種になった。

  出典：Smoot et al., The Astrophysical Journal Letters 1992, "Structure in the COBE differential microwave radiometer first-year maps"

• バリオン音響振動：初期宇宙の音波は、銀河の分布に約5億光年という特徴的なスケールを残し、宇宙を測る物差しになった。

  出典：Eisenstein et al., The Astrophysical Journal 2005, "Detection of the baryon acoustic peak in the large-scale correlation function of SDSS luminous red galaxies"

• 21センチ線：中性水素からの21センチ電波放射がはじめて検出され、人類は天の川銀河の、それまで見えなかったガスを「見る」ことができた。

  出典：Ewen & Purcell, Nature 1951, "Observation of a line in the galactic radio spectrum"

• 宇宙の夜明けのシグナル：EDGES実験は最初の星が残した21センチの吸収信号を報告したが、結果はまだ議論の的で、独立した検証を待っている。

  出典：Bowman et al., Nature 2018, "An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum"

• 原子核：アルファ粒子が金箔から時おり跳ね返ってくるのを見て、ラザフォードは、原子の質量がごく小さな核に集中していると結論した。

  出典：Rutherford, Philosophical Magazine 1911, "The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom"

• 星を動かすもの：ベーテは、星が核融合で輝くことを計算で示し、太陽が何十億年も燃えつづけられる謎を解いた。

  出典：Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"

• 見えない質量：アンドロメダ銀河の外縁は回転が速すぎるため、見えない大量の物質が重力を供給しているはずだ。ダークマターは、もはや単なる推測ではなくなった。

  出典：Rubin & Ford, The Astrophysical Journal 1970, "Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions"

• ダークマターの最初の提唱：ツヴィッキーは、かみのけ座銀河団の銀河の動きが速すぎることを見つけ、「ダークマター」の存在を提唱した。この考えは何十年も無視された。

  出典：Zwicky, Helvetica Physica Acta 1933, "Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln"

• 弾丸銀河団：二つの銀河団が衝突したあと、ガスは中央に残り、重力の中心は両側に分かれた。ダークマターは「はじき飛ばされて」いた。

  出典：Clowe et al., The Astrophysical Journal Letters 2006, "A direct empirical proof of the existence of dark matter"

• ブラックホールの影：世界各地の電波望遠鏡が地球サイズの「仮想望遠鏡」をつくり、M87の中心にあるブラックホールの影を撮影した。

  出典：Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

• 重力波：13億年前に二つのブラックホールが合体し、時空のさざ波がついに人類に聞こえた。1世紀前のアインシュタインの予言が裏づけられた。

  出典：Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

• チャンドラセカール限界：白色矮星には質量の上限があり、太陽質量の約1.4倍だ。それを超えると、星は崩壊しつづける運命にある。

  出典：Chandrasekhar, The Astrophysical Journal 1931, "The maximum mass of ideal white dwarfs"

• 初期宇宙の巨大ブラックホール：宇宙が7億歳に満たないころに、すでに太陽の8億倍の質量のブラックホールがあった。どうやってこれほど速く育ったのか。今も謎だ。

  出典：Bañados et al., Nature 2018, "An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5"

• 銀河系の中心：銀河系の中心近くの星を10年以上追跡し、太陽の約400万倍のブラックホールが潜んでいることを証明した。2020年ノーベル賞。

  出典：Ghez et al., The Astrophysical Journal 2008, "Measuring distance and properties of the Milky Way's central supermassive black hole with stellar orbits"

• B²FH:恒星が周期表の元素をどう作り出すかを、段階を追って説明した100ページの論文。私たちはみな星屑だという考えは、ここから始まる。

  出典：Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle, Reviews of Modern Physics 1957, "Synthesis of the elements in stars"

• ホイルの予言：星が十分な炭素をつくるには、炭素12に特別なエネルギー準位がなければならないとホイルは予言し、のちに実験で確認された。

  出典：Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement 1954, "On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel"

• キロノバ：同じ宇宙の出来事が、はじめて「聞こえ」て同時に「見えた」。二つの中性子星の合体だ。

  出典：Abbott et al., Physical Review Letters 2017, "GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral"

• 金の由来：中性子星の合体が放出する物質には、重元素が大量に含まれる。あなたの指輪の金は、おそらくそんな衝突から来たものだ。

  出典：Kasen et al., Nature 2017, "Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event"

• パルサー：大学院生のジョスリン・ベルは、秒単位で正確な電波信号に気づいた。はじめは冗談で「little green men（緑の小人）」と呼ばれたが、正体は中性子星だった。

  出典：Hewish, Bell et al., Nature 1968, "Observation of a rapidly pulsating radio source"

• 赤方偏移14の銀河：ウェッブ望遠鏡は、宇宙誕生から約3億年後にすでに存在していた明るい銀河を確認した。予想よりずっと早い。

  出典：Carniani et al., Nature 2024, "Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14"

• ハッブル・ディープ・フィールド：ハッブルは「何もない」ように見える空のごく狭い領域を10日間の露出で見つめ、約3000個の銀河を捉えた。

  出典：Williams et al., The Astronomical Journal 1996, "The Hubble Deep Field: Observations, data reduction, and galaxy photometry"

• ガイアの星図：ガイア衛星は10億個を超える星の位置と動きを測り、天の川銀河のこれまででもっとも詳細な3D地図をつくった。

  出典：Gaia Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2018, "Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties"

• 冷たいダークマター：ダークマターが「冷たく」ゆっくり動くなら、銀河はボトムアップに一歩ずつ集まる。これは観測と一致する。

  出典：Blumenthal, Faber, Primack & Rees, Nature 1984, "Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter"

• 暗黒物質ハローの形：コンピューターシミュレーションによれば、矮小銀河から銀河団まで、冷たい暗黒物質ハローはどれも同じ密度分布に従う。この分布には、のちに3人の著者の名がつけられた。

  出典：Navarro, Frenk & White, The Astrophysical Journal 1996, "The structure of cold dark matter halos"

• 宇宙のレシピ：プランク衛星は宇宙マイクロ波背景放射の微小なゆらぎを測定した。通常の物質は宇宙の全エネルギーの約5%、暗黒物質は約27%、残りはダークエネルギーだ。

  出典：Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"