宇宙はビッグバンによって、想像を絶する高温・高密度の点として誕生しました。 宇宙の年齢がわずか10-34秒ほどのとき、つまり10億分の1秒の100分の1秒のときに、宇宙自体が光の速さよりも速く膨張するインフレーションと呼ばれる驚異的な膨張を経験しました。
膨張する宇宙を理解するためには、理論物理学と天文学者による直接観測が組み合わされています。
膨張する宇宙を理解するためには、理論物理学と天文学者による直接観測が必要ですが、ビッグバンの残骸である宇宙マイクロ波背景に関連する重力波のように、天文学者が直接の証拠を見ることができない場合もあります。
NASAによると、インフレーションの後、宇宙の成長は続きましたが、その速度は遅くなりました。 宇宙が広がるにつれ、宇宙は冷え、物質が形成されました。 ビッグバンの1秒後、宇宙は中性子、陽子、電子、反電子、光子、ニュートリノで満たされていました。
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宇宙の最初の3分間に、ビッグバン核合成と呼ばれるプロセスで軽元素が誕生しました。 1,000億ケルビンから10億ケルビンに温度が下がり、陽子と中性子が衝突して、水素の同位体である重水素が作られました。
フランスの国立宇宙研究センター（CNES）によると、最初の38万年ほどの間、宇宙は基本的に光が届かないほど熱かったそうです。
ビッグバンから約38万年後、物質が十分に冷えて、再結合の時代に原子が形成され、透明で電気的に中性のガスになったとNASAは発表しています。 これにより、ビッグバンで生まれた最初の光が放出され、現在では宇宙マイクロ波背景放射として検出されています。
ビッグバンから約4億年後、宇宙は暗黒時代から脱却し始め、再イオン化の時代を迎えます。
ビッグバンから約4億年後、宇宙は暗黒時代から脱却し始め、再イオン化の時代を迎えました。5億年以上続いたこの時代には、ガスの塊が崩壊して最初の星や銀河が形成され、その際に発生する紫外線によって中性の水素がイオン化され、破壊されました。
ビッグバンから約90億年後、私たちの太陽系が誕生しました。
ビッグバン
ビッグバンは、その名から想像できるように、通常の爆発ではありませんでした。 NASAによると、宇宙の前には宇宙は存在しなかったので、宇宙が広がったわけではありません。むしろ、ビッグバンは、宇宙のあらゆる場所に宇宙が同時に出現したと考えるのがよいでしょう。
宇宙の定義では、私たちが知っている空間と時間のすべてを包含しているので、宇宙が何に向かって膨張しているのか、何がビッグバンを引き起こしたのかは、ビッグバンのモデルを超えているとNASAは言います。
2014年、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの科学者たちは、ビッグバンの「決定的証拠」と考えられている重力波の最初の直接の証拠となりうる微弱な信号を、宇宙マイクロ波背景に発見したと発表しました。 謎の波紋
年齢
現在、宇宙の年齢は約138億年と推定されており、1億3千万年の差があります。
この推定値は、宇宙の物質の組成とエネルギー密度を測定したものです。
この推定値は、宇宙の物質の組成とエネルギー密度を測定し、過去に宇宙がどのくらいの速さで膨張したかを計算したものです。 その結果、ビッグバンがいつ起こったのかを推定することができたのです。
構造
科学者たちは、宇宙の初期には、物質とエネルギーがほぼ一様に分布していて、これといった構造はなかったと考えています。 NASAによると、当時の物質密度の小さな変動が重力に引っ張られて、現在のような星と空の広大な網状構造が生まれたとのことです。 密度の高い領域は、重力によってどんどん物質を引き寄せ、質量が大きくなるほど、重力によって引き寄せられる物質の量が増え、星や銀河、クラスター、スーパークラスター、フィラメント、ウォールと呼ばれる大きな構造が形成され、数千個の銀河が集まった「大きな壁」は、10億光年以上の長さに達しました。
コンテンツ
30年ほど前までは、天文学者は、宇宙はほとんど普通の原子、つまり「バリオン物質」で構成されていると考えていました。 しかし、最近になって、宇宙を構成している物質のほとんどが目に見えない形で存在していることを示す証拠が増えてきました。
原子は宇宙の4.6パーセントしか占めておらず、残りの23パーセントは、通常の物質と非常に弱い相互作用をする1種類以上の素粒子で構成されていると思われる「暗黒物質」、72パーセントは、宇宙の加速的な膨張を促進していると思われる「暗黒エネルギー」で構成されています。
私たちがよく知っている原子では、水素が約75%、ヘリウムが約25%を占めており、重い元素は宇宙の原子のごく一部にすぎないとNASAは述べています。
形
宇宙の形、そしてそれが有限であるか無限であるかは、宇宙の膨張率と重力の引力との戦いにかかっています。
宇宙の密度がある臨界値を超えると、宇宙は「閉じた」状態になり、球体の表面のように「正の曲線」を描くようになります。 つまり、最初は平行だった光線が、宇宙が長く続くと、ゆっくりと収束し、やがて交差して元の位置に戻ることになります。 そうだとすると、NASAによれば、球体の表面の面積が無限ではないが、始まりも終わりもないように、宇宙も無限ではないが、終わりもないということになる。
宇宙の密度がこの臨界密度よりも小さい場合、宇宙の幾何学的形状はサドルの表面のように「開いて」いて「負の曲線」を描いていることになります。
宇宙の密度が臨界密度と完全に等しい場合、NASAによると、宇宙の幾何学的形状は「平ら」で、紙のように曲率がゼロになります。 そうであれば、宇宙には境界がなく、永遠に膨張し続けることになりますが、その膨張率は、無限の時間が経過すると徐々にゼロに近づいていきます。
宇宙は、異なる曲率を持っているように見えても、全体としてはもっと複雑な形をしている可能性があります。
宇宙はもっと複雑な形をしていて、別の曲率を持っているように見える可能性があります。例えば、宇宙はトーラス（ドーナツ）の形をしているかもしれません。
その後、宇宙に存在する物質の重力によって、宇宙の膨張が遅くなることは確実だと考えられていました。 そして1998年、ハッブル宇宙望遠鏡による超遠方の超新星の観測によって、大昔の宇宙は現在よりもゆっくりと膨張していたことが明らかになりました。 つまり、宇宙の膨張は重力による減速ではなく、不可解なことに加速していたのです。
Additional reporting by Nola Taylor Redd and Elizabeth Howell, Space.com contributors.
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