宇宙の再電離

宇宙は約137億年前、熱い火の玉として誕生したとされている。

産まれたばかりの宇宙は灼熱であり、原子核と電子はばらばらに存在していた。つまり、荷電粒子(イオン)に電離した状態であった。

宇宙は膨張を続け、それに伴い温度が下がった。宇宙誕生から約30万年後、温度が約3千度まで下がったところで、陽子(=水素原子核)と電子は結合し、水素原子となり宇宙は中性化したと考えられている。

水素は、現在の宇宙でも通常物質の大半を占めている。

しかし現在、銀河間空間の水素は原子核と電子に電離されており、HⅡ領域を作っていることがクエーサーなどの観測から明らかとなっている。

これはつまり、一度中性化したはずの宇宙はどこかの時点で再び電離したことを意味しており、これを「宇宙の再電離」と呼んでいる。その原因は定かではなく今も大きな謎の一つとなっているが、最初に生まれた天体からの紫外線放射によって水素は再び電子と原子核に電離され、今に至るとする説がある。

また再電離は、宇宙全体で一様に生じたのではなく、場所によって時期が異なると考えられている。このため、遠くのクエーサーを数多く観測し様々な方向で再電離の時期を決定する必要がある。この時期を解き明かすことは宇宙の歴史の理解に繋がるため、非常に重要となっている。

宇宙に最初の銀河が生まれ、ここで明るい恒星が輝きだすと、その紫外線により周辺宇宙は暖められる。この影響で、宇宙空間に漂っていた中性水素原子は電離されたのではないか、とする説がある。

宇宙背景放射のゆらぎの観測により、再電離は赤方偏移が6(ビッグバン後約9億5千万年)<ｚ<14(ビッグバン後約3億年)の範囲内で起こったと考えられており、その時期を確認することは、宇宙の進化を解明する上で重要である。

クエーサーの観測により、宇宙誕生後10億年以降は既に宇宙は電離していたことが分かっている。この頃から過去に至っては、電離度が急激に下がっていることが知られており、ちょうどこの頃に宇宙の再電離が進行していたと考えられている。

しかし宇宙誕生後10億年以前となると、クエーサーを用いた観測ができないため、正確な測定ができないという課題があった。