科学者が描く宇宙誕生のシナリオ。最初の原子や最初の星が生まれたのはいつごろなの?

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★科学★
問題:宇宙は無から始まったそうです。参考資料*1などによれば、誕生の後にインフレーションという急膨張が起き、その直後にビッグバンという大爆発が起きたらしい。
■インフレーションと無の状態の間にはプランク時代と呼ばれるごく短い期間があったそうです。10のマイナス43乗秒間という短時間です。この時間については、物理学者たちはまだ何が起きたのかを解明できないでいるそうです*1。
■で、インフレーションという時代は、誕生から10の-36乗秒後~10の-34乗秒ぐらいだったと推定されているようです。この一瞬のうちに宇宙は10の30乗倍ぐらいに急膨張したらしい。10の30乗倍というのは1兆×1兆×100万倍のことらしい。
■インフレーションが終わったとき、メチャクチャ大きくなっていたのかというとそうでもないらしい。なにしろ元がメチャクチャ小さかったようです。終わった瞬間で、おそらく100mぐらいの大きさだったといわれます。球体だったのか、不定形な形だったのか。形についてはよくわかりません。宇宙の嬰児(みどりご)なのでグニャグニャしていたのかな。
■宇宙が誕生してから10の-27乗秒後。このころには宇宙の大きさは1000km前後になっていたと考えられているらしい。物質の元といわれる素粒子がすでに生まれて宇宙を満たしていたようです。このころビッグバンが始まります。金融ビッグバンではありません。本家本元のビッグバンです。宇宙は10の23乗度というむやみな高温になったらしい。現在の太陽の内部でも10の7乗度ぐらいです。それを桁違いというか、16桁違いに上回るものすごい温度になったらしい。この温度は人工でつくり出すことは不可能らしい。
■それからいろいろあって、宇宙誕生からちょうど1秒後。宇宙には陽子、中性子、電子、陽電子が飛び交っていたらしい。誕生から4秒後。陽電子が忽然と姿を消したそうです。陽性の電子がなぜ失踪したのか。理由はわかっていないらしい。
■ではここで問題です。宇宙の誕生から数秒後には、陽子と中性子、電子といった部品が揃っているわけですが、では、部品が組み立てられ、最初の原子が誕生したのは宇宙誕生のどのぐらい後と考えられているでしょうか?
[い]10秒後
[ろ]10分後
[は]10時間後
[に]1週間後の最初の安息日の後
[ほ]7日よりもずっと後
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[ほ]7日よりもずっと後
説明:参考資料*1によれば、宇宙誕生から38万年後に水素の原子ができ、ヘリウムの原子もほぼおなじころに誕生したと考えられているとのこと。
■3分後には「それまでバラバラで飛びかっていた陽子と中性子が結合し、ヘリウムの原子核ができた」とのこと。水素の原子核は陽子1つだけといわれますから、すでに準備できています。電子もあります。あとはそれらが組み合わさればいいわけですが、なぜそんなに時間がかかったんでしょうね。
■宇宙誕生から38万年後には宇宙の温度が2700度まで下がってきたらしい。原子が誕生するまで時間がかかったのは、ずっと高温だったからなのでしょうか。
■原子ができはじめると宇宙では光が自由に通るようになったそうです。電子や陽子などの電荷を持つ粒子がバラバラで飛びかっていると、光はこうした連中にぶつかりやすいそうです。邪魔になってしまい、まっすぐに進めなかったとのこと。ちょうど霧の中で水滴に光がぶつかるようなものだったらしい。
■電気的に中性である原子が増えてくると光はまっすぐ進めるようになり、霧が晴れたようになったらしい。この現象を「宇宙の晴れ上がり」と呼んでいるそうです。
■宇宙誕生から3億年後ごろ、最初の星が生まれたらしい。最初はダークマターと呼ばれるものが集まり、その質量に引かれた水素やヘリウムのガスが集まり、ガスの凝縮が進んで質量が高まり、さらに周辺にあるガスを取り込んで質量を増やすという循環ができます。
■核融合を始める1万年前には、最初の星は太陽の1/100ぐらいの質量で、半径は太陽の7倍ぐらいあるガスの集合だったと推定されています。中心の温度は1万度ぐらい。これではとても核融合には至らないのでしょうね。周辺のガスを1万年ほどにわたって吸収した結果、太陽の100倍以上の質量となり、収縮し、高い熱と強い圧力のもとで核融合反応が始まり、さまざまな重い原子を合成したそうです。
■宇宙で最初に生まれた「ファーストスター(一番星?)」はこうして明るく輝きだしたそうです。
◆参考*1:雑誌「元素の誕生物語」Newton (ニュートン) 2011年1月号24~53頁、ニュートンプレス

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この記事へのコメント

ねこのひげ
2011年09月27日 08:04
素粒子といえば、光より早い速度という実験結果がでて、物理学会は騒然としているニュースがはいてきましたね。本当とすれば、相対性理論がひっくり返ることになりますが、猫のひげとしては、タイムマシンやワープ航法が、実現してくれることを願っております。
ねこのひげ様<素町人
2011年09月27日 20:38
コメントをありがとうございます。

 光よりも速いものがあると聞いて、「科学はすべて仮説」という言葉を思い出しました。相対性理論がくつがえされたとしても、100年前の仮説なのだから当然なのでしょうかね。

 昔は物質の最小単位として原子が挙げられ、近年はその原子も素粒子で構成されているといわれています。もうしばらくすると、素粒子も分割できたりするかもしれませんね。
(^^;)
ピノ
2011年09月27日 23:47
はじめまして、毎回楽しく拝見しています。

今回の記事は非常に興味深いですね。科学や物理に疎い私ですが非常にわかりやすかったです。

宇宙誕生前の無とはどういう状態なのでしょうか?宇宙の果てとは?

考え出したら止まりませんね(^-^)v
ピノ様<素町人
2011年09月28日 21:11
コメントをありがとうございます。

 宇宙誕生前の無の世界は、誰もうかがい知ることができないのでしょうね。無は無であり、何もない状態なのかな。

 Newtonの2011年9月号によれば、いまから10の100乗年ほど経過すると、宇宙はブラックホールがすべて蒸発し、恒星や銀河もすべて消えてしまい、素粒子だけが飛び交う闇の世界になるらしい。

 もちろん生命など存在しようもないらしい。そうなっちまったら宇宙もおしまいだな。生きているうちが花です。今晩は楽しく飲みあかしましょう。
(^^;)

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