最初の恒星の 年齢から1億年以上が削られた ものの、宇宙誕生後最初の10億年に何が起きたのかという疑問は、依然として残っている。
今月初め、欧州宇宙機関（ESA）のプランク計画チームは、最初の恒星が 約5億6,000万年 後に形成されたと発表した。 ビッグバンからである。
これは従来の推定より約1億4,000万年遅い。恒星や銀河などの構造が、ビッグバン後にどのように形成され、進化したかを理解する助けとなるため、興味深い結果だ。
プランクチームは、宇宙の起源であるビッグバンの名残の放射、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）を調べていた。CMBは、ビッグバンからわずか約38万年後に起きた出来事にまでさかのぼることができる。
約50年前にCMBが発見されて以来、天体物理学者たちは、宇宙の初期進化をよりよく理解し、その年齢（約138億年）を正確に測定するとともに、私たちが暮らす宇宙の 約95％ を、物理法則では適切に説明できないことを認識するために、CMBを分析してきた。
ビッグバンの少し後、作られた通常の物質のほぼすべては陽子と電子の形をとり、それらは38万年後に結びついて 水素 原子となった（原子はそれぞれ、結びついた1個の陽子と1個の電子からなる）。水素は可能な限り最も単純な原子であり、宇宙にある、人間が見たり触れたりできるすべてのもの（通常の物質）の基本的な構成要素だ。
プランクの成果が示すのは、最初の5億6,000万年の間に、重力の作用を受けてこの水素ガスが収縮し、恒星になったということだ。
恒星の内部では、水素原子が結びついてヘリウム、酸素、窒素、炭素などの元素になる。これらの元素は、新たな恒星や惑星、海洋、DNA、鉄鉱床などを形作る。人間にとって実に役立つものだ。恒星はまさに生命の原動力である。
その次に何が起きたのか？
しかし、最初の恒星が形成された後に何が起きたのか、現在わかっていることは少ない。宇宙をさらに5億年先まで進めてみると、銀河が形成されていたことがわかる。なぜなら、強力な望遠鏡、たとえば ハッブル宇宙望遠鏡の 限界で観測できるUDFy-38135539など、いくつかの銀河が見えるからだ。
さらに数十億年先まで進めると、ビッグバンから138億年後の現在とよく似た宇宙になる。
では、宇宙は水素から恒星、銀河、そして生命へと、いったいどのように移り変わったのだろうか？
プランクの興味深い成果によって、状況はかなり絞り込まれた。約5億6,000万年より前には恒星はなく、その約5億年後には宇宙がどことなく見慣れた姿になり始める。
しかし、この最初の10億年は、宇宙の進化において（宇宙の未来を除けば）最後に残された、偉大な未探査の時代である。
では、初期宇宙のこの謎めいた時代を、どうやって明らかにすればよいのだろうか？ハッブルのような強力な望遠鏡でも、最初の恒星の形成を調べることはできない。遠すぎて暗すぎるうえ、恒星は光を放ち始めるまでは可視光を出さないからだ。
電波天文学が初期宇宙の鍵を握る
幸い、天文学者には、この難題を解くための別の強力な手段がある。水素原子は 波長21cm の電波を放射する（携帯電話が使う波長と似ている）。
初期宇宙で形成された水素は、こうした電波を生み出した。電波が 膨張する宇宙を通って地球に届くまでに、波長は21cmから数メートルへと変化する（FMラジオが使う波長と似ている）。
この電波に「周波数を合わせる」ことができれば、ビッグバンから1億年後、2億年後、5億年後、あるいは10億年後の初期宇宙で、水素ガスがどうなっているかを観測できる。
水素ガスがどのように恒星を形成するか、恒星がどう分布するか、形成にどれほどの時間がかかるか、どれほどのエネルギーを生み出すか、そして銀河がどのように形成され始めるかを観測できる。
恒星が輝き始めると、その放射によって周囲の水素原子が分解される。その結果、電波を放つガスには「スイスチーズ」のような模様（下図）ができ、天文学者はそれを検出して分析できる。
オーストラリアの施設が最前線に
天文学者たちは今、この課題に取り組むべく、こうした電波を集められる巨大望遠鏡を建設している。その一つがマーチソン広視野電波干渉計（MWA）だ。
MWAは、西オーストラリア州の マーチソン・シャイア の中央部にあり、人為的な電波干渉源（携帯電話、電子レンジ、FMラジオ局、自動車）から十分に離れているため、初期宇宙から届くかすかな電波のささやきを捉えられる。
過去2年間に、私たちはMWAを使って4ペタバイトのデータ（フルHD動画5,700時間超に相当）を収集し、すでにそのデータから50本を超える科学論文を発表した。
私たちのデータは、パースにある Pawsey スーパーコンピューターセンターに保管されている。最初の恒星や銀河の形成を示す手がかりを得るため、数百万時間分のスーパーコンピューター処理を用い、慎重にデータを精査している。
こうした電波信号の初検出をめぐる競争では、 米国、 オランダ 、 南アフリカの他の望遠鏡も競っている。したがって、宇宙誕生後最初の10億年の謎を解くことは、大きな科学的成果となる。
しかしMWAは、プランクが見事に定義した空白を埋めるために必要な、第一歩にすぎない。はるかに大きな電波望遠鏡が必要であり、そこでスクエア・キロメートル・アレイ（SKA ）が登場する。
MWAは、SKA、特に低周波SKAのための5,000万豪ドル規模の科学・工学上の先行計画であり、低周波SKAはMWAの約100倍の規模となる。
SKAは、次の10年のどこかで稼働を始めれば、 最初の10億年にわたる空白を詳細に埋め 、宇宙が水素ガスから私たちへとどのように変貌したかを理解する助けとなる。MWAはSKAへの道筋を照らすために設計されている。
オーストラリアにとって大きな朗報は、このはるかに大規模なSKA施設が、西オーストラリア州のMWAと同じ場所に建設されることだ。私たちが積み重ねてきた確かな経験と苦労して得た経験を生かし、宇宙発見の物語が繰り広げられる次の刺激的な数十年の章において、オーストラリアの科学と工学を先頭に立たせる。
本 記事はThe Conversation との共同で公開されています。原文をお読みください。
本記事の公開は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
Agendaの最新情報を受け取るには、 週刊ニュースレターにご登録ください。
著者：Steven Tingay。カーティン大学の電波天文学教授。
画像：NASAが2014年6月3日に提供したこの配布写真には、2003年から2012年にかけてハッブルの掃天観測用高性能カメラおよび広視野カメラ3で撮影された個別の露光画像を合成した、進化する宇宙が写っている。REUTERS/HUDF/NASA/Handout via Reuters
