ビッグバンから現在まで：時を経た私たちの宇宙のスナップショット

前書き

最初は何もありませんでした。その後、約137億年前に宇宙が形成されました。これが起こった正確な状況や、以前にあったかどうかはまだわかりません。しかし、望遠鏡の観測と素粒子物理学のモデルを使用して、研究者たちは宇宙の生命の主要なイベントの大まかなタイムラインをつなぎ合わせることができました。ここでは、私たちの宇宙の最も重要な歴史的瞬間のいくつかを、その幼少期から最終的な死に至るまで見てみましょう。

ビッグバン

カリフォルニア工科大学の理論物理学者であるショーンキャロル氏は、ライブサイエンス紙に、「すべてはビッグバンから始まります。具体的には、時間自体が始まった瞬間であり、その後のすべての瞬間がカウントされた瞬間です。その有名なモニカーにもかかわらず、ビッグバンは実際には爆発ではなく、宇宙が非常に熱くて密であり、宇宙が一度にすべての方向に外向きに広がり始めた時期でした。ビッグバンのモデルは、宇宙は無限の密度の無限に小さい点であると述べていますが、それは、私たちがその時何が起こっているのかよくわからないという、手で波打つ方法です。数学の無限大は物理学の方程式では意味をなさないため、ビッグバンは、宇宙に対する現在の理解が崩れるポイントです。

宇宙インフレ時代

宇宙の次のトリックは、本当に大きく、本当に速く成長することでした。ビッグバンから最初の0.0000000000000000000000000000001（1の前にゼロが30個ある小数点）秒以内に、宇宙はサイズが指数関数的に拡大し、以前は密接に接触していた宇宙の領域を引き離していた可能性があります。インフレとして知られるこの時代は仮説のままですが、宇宙学者はこのアイデアが好きです。宇宙の遠く離れた領域が非常に遠く離れているにもかかわらず互いに似ている理由を説明しているからです。 2014年に戻って、チームは初期の宇宙からの光の中でこの拡大の合図を見つけたと思いました。しかし、その結果は後でもっと平凡なものであることが判明しました。

クォークグルオンプラズマ

時間の始まりから数ミリ秒後、初期の宇宙は本当に暑かった-華氏7兆から10兆度（摂氏4兆から6兆度）の間で話している。そのような温度では、クォークと呼ばれる素粒子は、通常陽子と中性子の内部で密に束縛され、自由にさまよいました。強い力として知られている基本的な力を運ぶグルオンは、宇宙に浸透したスープの原始液体の中でこれらのクォークと混合されました。研究者たちは、地球上の粒子加速器に同様の条件を作り出すことに成功しました。しかし、達成するのが難しい状態は、地球の原子マッシャーや初期の宇宙では、ほんの数分の1秒しか続きませんでした。

初期の時代

ビッグバンから数千分の1秒後に始まった次の段階では、多くのアクションがありました。宇宙が膨張するにつれ、宇宙が冷やされ、すぐにクォークが陽子と中性子に集まるのに十分な条件が整った。ビッグバンの1秒後、宇宙の密度は十分に低下し、ニュートリノ（最も軽くて相互作用が最も少ない基本粒子）は何にもぶつかることなく前進し、宇宙のニュートリノバックグラウンドと呼ばれるものを作成しました。

最初の原子

宇宙の生命の最初の3分間は、陽子と中性子が融合して、重水素と呼ばれる水素の同位体と、ヘリウムと、次に軽い元素であるリチウムが少量生成されます。しかし、温度が下がると、このプロセスは停止しました。最後に、ビッグバンから38万年後、水素とヘリウムが自由電子と結合して最初の中性原子を生成できるように、物事は十分に涼しかった。以前は電子に遭遇していた光子が干渉なしに移動できるようになり、1965年に最初に検出されたこの時代の遺物である宇宙マイクロ波背景（CMB）が作成されました。

暗黒時代

非常に長い間、宇宙の何も光を放っていませんでした。この期間は約1億年続き、宇宙の暗黒時代として知られています。宇宙に関する天文学者の知識はほとんどすべて星明かりから来ているので、この時代を研究することは非常に難しいままです。星がなければ、何が起こっているのかを知ることは困難です。

最初の星

ビッグバンから約1億8千万年後までに、水素とヘリウムは大きな球体に崩壊し始め、最初の星に照らされたコアに地熱を生成しました。宇宙は、初期の星や銀河から放射された熱い光子が星間空間の中性水素原子を陽子と電子に壊し、イオン化と呼ばれるプロセスであるため、宇宙の夜明けまたは再イオン化と呼ばれる期間に入りました。再イオン化がどれだけ長く続いたのかを言うのは難しい。それは非常に早い時期に発生したため、その信号は後のガスとダストによって覆い隠されます。そのため、最高の科学者が言えるのは、ビッグバンから約5億年以上経過したということです。

大規模構造

ここで、宇宙がビジネス、または少なくとも今日私たちが知っている身近なビジネスに取り掛かります。初期の小さな銀河は、より大きな銀河に合体し始め、ビッグバンから約10億年後、その中心に超巨大ブラックホールが形成されました。明るいクエーサーは、120億光年離れたところから見ることができる光の強いビーコンを生成し、オンになりました。

宇宙の中年

宇宙は次の数十億年の間進化し続けました。原始宇宙からのより高い密度のスポットは、重力によって物質を自分自身に引き付けました。これらはゆっくりと銀河団とガスとダストの長い鎖に成長し、今日見られる美しいフィラメント状の宇宙のウェブを生み出しました。

太陽系の誕生

約45億年前、ある特定の銀河では、ガスの雲がその周りにリングのシステムを備えた黄色の星に崩壊しました。これらのリングは、8つの惑星に加えて、さまざまな彗星、小惑星、準惑星、月に合体して、おなじみの星系を形成しました。中心の星から3番目の惑星は、このプロセスの後、何トンもの水を保持することができたか、あるいは彗星は後に氷と水の大洪水をもたらしました。