新６７『美作の野は晴れて』第一部、新たな出発１の２

６７『美作の野は晴れて』第一部、新たな出発１の２

　ガモフの唱えたビッグバンの後、宇宙はどのように歩んでいったのだろうか。そのビッグバンの１万分の１秒後には、宇宙の温度は１兆度（摂氏）から１０兆度位、大きさは現在の太陽系ほどに広がっていた。ここまでが第１期で、素粒子が生まれている。第２期は１秒後から３分後までをいう。ビッグバンの１秒後の宇宙の温度は、約１００億度（現在の太陽の核の温度の約１０００倍、太陽核の温度は約１５００万度）、大きさも１兆キロメートル（現在の太陽系の１００倍）に広がる。
　その最初には、水素原子核がつくられる。それは、高温のためばらばら状態であった陽子と中性子が一つずつ結びついて重水素の原子核になっている。その重水素原子核からは、陽子一つ、中性子二つからなる三重水素の原子核（トリチウム）ができる。三重水素の原子核は、弱いベータ線（放射線）を放射しながらベータ崩壊を起こして、陽子２つと中性子１つで構成されるヘリウム３の原子核となる。これは、ヘリウムの同位体であり、これから陽子二つと中性子二つによるヘリウム原子核ができていく。この一連の反応を辻褄の合うようにまとめると、四つの水素原子核（陽子）がくっつくことで反応が始まり、そこから三重水素、ヘリウム３と呼ばれるヘリウム同位体を経て、ヘリウムの原子核になっていくのである。これを水素核融合反応と呼ぶ。
　このような水素核融合反応は、現在の太陽核でも続いている。なお、これに関連して、村山斉氏は、アインシュタインの質量のエネルギーへの変換式（Ｅ＝ｍ×（かける）Ｃの２乗）を、こう説明しておられる。
　「太陽核では、水素の原子核（陽子）が四つくっつくことで、ヘリウムの原子核がつくられます（このとき陽子は、ニュートリノと陽電子（電子の反物質で電荷がプラス）を出して中性子に変わります。ニュートリノと反物質はこれから出るくるのです）。ところが、ヘリウム原子の質量と陽子四つ分の質量は同じではありません。くっついた後の方が、０．７％ほど軽くなっています。重さ２５グラムのお団子を四つくっつけて秤（はかり）に載せると９９．３グラムになっているようなものですが、この失われた０．７％の質量がエネルギーに変換されて、太陽の熱を生み出しているわけです。」（村山斉「宇宙はなぜこんなにうまくできているのか」集英社、２００９）
　第３期としては、ビッグバン後３分から４０万年までの展開があったのだとされる。第２期の反応の進行で、拡大する宇宙にヘリウム原子核がある程度溜まってくると、今度はそのヘリウムが元となってより重い元素の方へと順次、新たな核融合反応が始まっていく。この時期に、約３８万年より前と後に区分される。それまでは、まだ大変熱く、電子が原子核（陽子）にお構いになく、ビュンビュン飛び交っていたことだろう。それが約３８万年経ってからは、温度がさらに落ちて転機が訪れる。そして、原子と分子の形成にまで進んだと推定されている。物理学者の京極一樹氏の言を借りれば、次のように説明されている。
　「約３８万年を経て温度が約３０００Ｋ（絶対温度で、その１Ｋは摂氏でマイナス２７３．１５度）まで下がると電子と陽子が結合し、それまで光を散乱させていた電子がなくなったために透明になり、光が直進できるようになります。これは「宇宙の晴れ上がり」と呼ばれ、熱宇宙に光が満ちあふれます。」（京極一樹著・加藤恒彦監修「こんなにわかってきた宇宙の姿」技術評論社、２００９）
　つまり、それからというものは、電子と陽子が結合して電荷が差し引きゼロとなり、電磁波の一種である光が、電気に反応して電子とぶつかることはなくなる。つまり光は、電子に邪魔されることなく、まっすぐに進めることになった。したがって、晴れ上がる前の宇宙は望遠鏡を向けても見ることはできないが、それ以後の宇宙は理論的には見ることができるのだと。
　ここに水素とヘリウムは、その後現在の宇宙で一番多い割合を占める元素である。太陽より重い星になると、その中では炭素や酸素、窒素による核融合反応も始まる。それらによって、原子番号２６番までの元素がつくられていくのだが、鉄よりも元素番号が大きな元素がつくられるのは簡単なものではない。それらは、恒星が「超新星爆発」をして寿命を終える時に多くがつくられる。その時は恒星に含まれていた原子なり原子が宇宙にばらまかれるばかりではない。それらの集合や離散に伴う、膨大な圧力や熱やあれこれによって、原子番号が１００番を超えるラジウムやウランなどの元素も一度につくられた。そうしてばらまかれた原子や元素は、星間に漂うガスや塵となって宇宙に漂い、条件が整うと新たな恒星や惑星の材料となっていく。
　そして第４期は、ビッグバンの４０万年後から現在までで、宇宙構造形成の時代と言われる。すなわち、「ビッグバンからおよそ４億年後に物質密度のゆらぎが成長し、そのゆらぎ自体の質量によって収縮したガスの濃い部分で星々が生まれ、これが銀河に成長し星が生まれながら膨脹を続け、宇宙の大規模構造が形成されて」（京極一樹氏の前掲書）いったのだと。
　１９７０年代初頭、アメリカの天文学者ヴェラ・ルービン女史がアンドロメダ銀河を観測していた。この銀河は、私たちの銀河系と同じ渦巻銀河で、星たちは銀河の中心を軸に回転している。星たちは全体として平たい円盤状を形成しているのであるが、星の数は円盤の内側ほど多く、円盤の外側に行くにしたがってまばらになっていく。そのため、私たちの目に見えている星が銀河にある全ての物質だとすれば、星が多く集まる銀河の内側ほど星を内側に引っ張る引力が強くなると考えられ、これでは回転がとまってしまう。
　この前提で強い引力と釣り合うためには強い遠心力が必要であり、そのためには内側の星ほど回転の速度は速くならないといけない。ところがルービンは、銀河の回転速度が銀河の内側と外側でほぼ同じである、つまり中心から遠く離れても遅くならないことを発見した。これを説明するには、星が少ない銀河の外側にもたくさんの物質がなければならない。そこで、ここは目には何も見えない、つまり不可視の物質で満たされていると考え、これを「ダークマター」（暗黒物質）と名付けた。
　１９７９年３月、天文学者たちはクウェーサーと呼ばれる準星状天体の発する強い光を観測し、その中に地球との間に凸（とつ）レンズのような働きで像を結ばせる、強い重力が働いているときにあらわれるのを発見した。これは、観測されるべきクエーサーが発した光が、途中で銀河もしくは銀河団によって作られた重力空間を通過するとき、その光が重力の力によってあたかも水やガラスレンズ の中を通過するように屈折率が大きくなって、光が曲げられて地球と観察者に届くというもので、「フヴオリソン・アインシュタイン効果」、一般的には「重力レンズ効果」と呼ばれている。これをもって、「光は曲がった空間に沿って直進する」（ＮＨＫ「宇宙を読み解く」シリーズの第１４回「深まる謎：ダークマターとダークエネルギー」（２０１５年１月６日放映分）での放送大学の海部宣男客員教授（国立天文台・名誉教授）、放送大学の吉岡一男教授による、今日までの「考え方と観測事実」の系列の整理、その他より）とも言えるのだ。
　１９９４年に撮影されたＮＡＳＡ（アメリカ航空宇宙局）のハッブル宇宙望遠鏡による写真を使って、このダークマターの３次元の解析が試みられた。ここでの重力源は、私たちから５０億光年彼方の銀河にある。これらの星は太陽ができる前にこの光を放ったから、これらの星はいまや存在していないかもしれない。だが、写真の中で奇妙なことがあり、それは青い光が細い弧状になって見えていることだ。
　クラウス教授によれば、この青い光は、「このさらに５０億光年先のたった一つの銀河から放たれた光が重力レンズの効果で拡大されつつ複数に見えているもの」と考えることができる。そうなると、今私たちに見えている光は、「１００億年前に放たれた光ということになるから、現在１３７億年と見積もられる宇宙の歴史にあって、その初期、銀河が初めて形成された頃の光だといえる。その頃、星たちは熱く燃えていて青かったから、手前の銀河とは色が違って見える。そこで、この写真で光の曲がり方をたどり、逆にどんなレンズ（質量）があるかを分析する。つまり、この写真のような重力レンズ効果が生み出されるには、どこに、光がどこにどれだけあるかをたどり、それからどれだけの質量があればいいのか、ダークマター（暗黒物質）の空間分布を計算をしてみた」（同教授）。
　その計算の結果は、教授が使う黒板の横にしつらえてあるＯＨＰの画面の中の図に表される。それによると、とがったところに銀河があるわけだが、それ以上に、銀河の間にも多くの質量が存在してしているということだ。クラウス教授によると、「目で見える銀河の物質はとがっている部分で、さらにその周りに１０倍もの質量がまとわりついている。すべてを足し合わせると、目に見えるものの質量の４０倍もの質量があることがわかるんだ。宇宙の質量のほとんどは目にみえないということが改めて実証されたんだ」とされる。ここで、通常の物質がダークマターを引き寄せているのではなく、銀河は、ダークマターが沢山あるところに通常の物質が集まり、形成されたのだということになっている。

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