新たな科学の最前線を探る連載の一環として、アフリカ数理科学研究所の宇宙論の専門家であるヤベバル・ファンタイェ氏に話を聞き、宇宙の宇宙マイクロ波(マイクロ波)背景放射の異常を探る研究に取り組むようになった理由を尋ねた。
あなたが解決しようとしている大きな課題は何ですか?
私は、ビッグバン直後の宇宙の初期段階を形作った物理過程や、宇宙論的スケールで作用する反重力のような力をもたらす、捉えどころのないダークエネルギーの性質を理解する手がかりとなる観測的な兆候を探してきました。そのスケールは、多くの銀河を合わせたものよりもはるかに大きなものです。ダークエネルギーの存在は、20年前の実験によって確認されました。それは、宇宙が膨張しているだけでなく、加速していることを示したものです。膨張自体は1920年代後半のエドウィン・ハッブルの観測以来知られていました。宇宙論的スケールで加速するには、支配的な重力が反重力的な性質を持つ力によって打ち負かされなければなりません。
。標準的な物理学には、そのような源は存在せず、そのためダークエネルギーという名称が付けられています。
それを解決するために用いようとしている大きなアイデアは何ですか?
宇宙マイクロ波背景放射の異常を追究することです。宇宙マイクロ波背景放射は、最も古い電磁波の光であり、宇宙がわずか約40万年だった時点で高エネルギーの放射として旅を始め、その後、宇宙の膨張によって低エネルギーのマイクロ波領域へと引き伸ばされました。この放射は宇宙全体を満たし、何もない空間の最低温度を、わずか2.7ケルビンに設定しています。
1965年に偶然初めて検出されて以来、宇宙マイクロ波背景放射のデータは、宇宙に関する知識の大部分をもたらしてきました。私が関わった実験である欧州宇宙機関のプランck衛星ミッションは、前例のない感度で宇宙マイクロ波背景放射を地図化し、ビッグバンに関する豊富な情報をもたらすとともに、宇宙の年齢が約138億年であるとする標準的な宇宙論モデルを改めて裏付けました。しかしながら、NASAのWMAP衛星による以前の宇宙マイクロ波背景放射データの観測では、標準モデルでは説明できない異常の存在が示されていました。一般相対性理論や量子物理学を含む物理学の多くの大きな革命は、受け入れられているモデルの矛盾や異常を説明し理解しようとする努力の結果として生まれたものであるため、私はこれらをさらに探究することに関心を持ちました。
この旅で最も困難だった、または最も大変だった部分は何でしたか?
異常は、統計的なゆらぎと系統誤差が可能な原因として除外されて初めて興味深いものとなります。系統誤差のシナリオを除外するのは簡単で、同じ過程を観測する二つの独立した実験で同じ異常が存在することを示すだけで十分です。私たちの場合もそうでした。WMAP衛星とプランck衛星は、観測方法と機器の設計がまったく異なる独立した実験です。難しいのは、その異常が統計的なゆらぎによるものではなく、未知の物理学に関連していることを示すことであり、それによって新しいことを学ぶ機会が開かれるのです。
人々が気づいていない最も衝撃的な事実は何ですか?
宇宙論と素粒子物理学の結びつきです。ビッグバンの仕組みは、観測するスケールが大きいほど、つまり宇宙全体ほどの大きさであるほど、その起源により近づくことを意味します。その起源は、素粒子物理学者が研究する、極めて小さなスケールの力学によってより強く支配されています。これは、宇宙が、その振る舞いを量子の世界が決定する小さな体積から生まれたためです。
