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宇宙の温度が80億年前と比べて3倍に上昇中

現在の宇宙の温度は、80億年前と比べて約3倍に上昇しているようです。その温度はなんと200万ケルビン。

How hot is the Universe today? How hot was it before? A new study by an international team of researchers, including members of the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), suggests that the mean temperature of gas in large structures of the Universe has increased about 3 times in the last 8 billion years, to reach about two million Kelvin today.

参照元：https://www.ipmu.jp/en/20201110-CosmicThermal_History

今日の宇宙はどれくらい暑いですか？以前はどれくらい暑かったですか？

カブリ数物連携宇宙研究所（Kavli IPMU）のメンバーを含む国際的な研究者チームによる新しい研究によると、宇宙の大きな構造物のガスの平均温度は、過去80億年前と比べて約3倍に上昇しました。

現在は約200万ケルビンに達します。

宇宙の大規模な構造は、銀河と銀河クラスターが空間にどのように分布しているかのグローバルなパターンを指します。

この宇宙網は、初期の宇宙における物質分布の小さな不規則性から形成され、重力の引力によって増幅されました。

研究の筆頭著者であり、オハイオ州立大学宇宙宇宙センターの研究員であるイクアン・チェンは説明します。

「宇宙が進化するにつれて、重力が宇宙の暗黒物質とガスを一緒に銀河と銀河のクラスターに引き寄せます。抗力は非常に激しいので、ますます多くのガスが衝撃を受けて加熱されます。」

次に、この加熱されたガスを使用して、宇宙時間にわたる宇宙の平均温度を測定できます。

特に、研究者たちは、マックスプランク天体物理学研究所の名誉所長であるラシードスニャーエフ氏と、この現象を最初に理論的に予測したソビエト時代の物理学者ヤコフゼルドビッチ氏にちなんで名付けられた、いわゆる「スニヤエフゼルドビッチ」効果を使用しました。

この効果は、宇宙マイクロ波背景放射の低エネルギー光子が宇宙の大規模構造内のホットエレクトロンによって散乱されるときに発生します。

散乱はエネルギーを電子から光子に伝達し、ホットエレクトロンガスを可視化します。スニヤエフ・ゼルドビッチ効果の強さは、ガスの熱圧力に比例し、ガスの熱圧力は電子の温度に比例します。

この測定は原則として簡単ですが、必要なデータを収集することは大きな仕事でした。

Astrophysical Journalに掲載されたこの研究は、Kavli IPMU、オハイオ州立大学、ジョンズホプキンス大学、およびMax Planck Institute forAstrophysicsの研究者の共同で行われました。

研究者たちは、プランク衛星とスローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）の2つの観測所によって収集されたデータを使用しました。

プランクは、宇宙マイクロ波背景放射を測定した欧州宇宙機関のミッションです。SDSSは、銀河の詳細な画像と光スペクトルを収集しました。

2つのデータセットを組み合わせることで、科学者は銀河と銀河のクラスターの位置の周りの熱圧力の量を測定することができました。

2011年からKavliIPMUの客員科学者を務めているメナード氏は説明します。

「天文学者が地上と宇宙の望遠鏡を使って必要なデータを収集するのに15年以上かかりました。分析の面では、これらのデータから信号を抽出するために必要なアルゴリズムの開発に4年を費やしました。」

さらに、データの解釈には、KavliIPMUのリサーチフェローであるRyuMakiya氏によって提供された物理モデルが必要でした。RyuMakiya氏は説明します。

「最新のデータと最先端の理論モデルを組み合わせることで、宇宙の温度がどのように進化したか、そしてそれが宇宙の大規模構造の形成にどのように関連していたかを明らかにすることができました。次の目標は、熱的および非熱的現象の物理学の詳細を理解することです。」

この研究では、約80億年前の平均電子温度は約70万ケルビンでしたが、今日では約200万ケルビンに上昇していることがわかりました。

さらに、科学者たちは、大規模な構造物が崩壊する際にガスが衝撃加熱されるため、その進化は構造物の成長によってほぼ完全に推進されると判断しました。

2000年には、Kavli IPMUの主任研究員であり、Max Planck Institute for Astrophysicsの物理宇宙学部長である小松英一郎も、宇宙の温度がどのように変化したかを計算する以前の取り組みに関与していました。

小松英一郎氏は話します。

「20年間、私たちはスニヤエフ・ゼルドビッチ効果を使用してこれを測定する方法を研究してきました。観測データの目覚ましい進歩だけでなく、Yi-KuanChiang氏やRyuMakiya氏などの優秀な若い科学者の献身的な努力のおかげで、ようやく宇宙の温度を測定することができました。これは非常に満足のいくものです。」

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