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SCIENTIFIC AMERICAN April 2014

The First Starlight

宇宙最初の星明かり

By Michael D. Lemonick M. D. レモニック
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About 13.8 billion years ago, just 400,000 years or so after the big bang, the universe abruptly went dark.  およそ138億年前,ビッグバンからまだ約40万年しかたっていないころ,宇宙は突然闇に包まれた。
Before that time, the entire visible universe was a hot, seething, roiling plasma—a dense cloud of protons, neutrons and electrons. If anyone had been there to see it, the universe would have looked like a pea soup fog, but blindingly bright.  それ以前の宇宙は陽子と中性子,電子からなる高密度・高温の煮えたぎるプラズマで満たされていた。もしそこに人がいたなら,黄色い濃霧に包まれ,それでいてまばゆいばかりの世界を目にしたことだろう。
Around the 400,000-year mark, however, the expanding universe cooled enough for hydrogen atoms to form at last—an event known as recombination. The fog lifted, the universe continued to cool and everything quickly faded to black. After the unimaginable brilliance of the big bang and its immediate aftermath, the cosmos entered what astronomers call the dark ages of the universe.  だが宇宙は膨張するにつれて冷え,40万年ほど後についに水素原子が形成されるようになった。いわゆる「宇宙の晴れ上がり(再結合)」だ。霧が晴れた後も宇宙は冷え続け,すべてが闇にのみ込まれた。想像を絶するまばゆいビッグバンとその余波が収まり,「宇宙の暗黒時代」と呼ばれる時期に入った。
And dark they were. For even when the first stars started to ignite, their light shone brightest in the ultraviolet portion of the spectrum—just the kind of light that the newly formed hydrogen gas tends to absorb. The universe traded its primordial hot, bright fog for one that was cool and dark.  それはまったくの暗闇だった。最初の星が輝き始めても,その光の大部分は新たに形成された水素ガスによって吸収されやすい波長の紫外線だった。原始宇宙の高温の輝く霧に取って代わって,冷たく暗い霧が宇宙を覆った。
Eventually this fog would lift, but how it did so is a question that has long baffled astronomers. Maybe it was accomplished by the first stars, whose intense light gradually but relentlessly broke the hydrogen apart in a process called reionization. Perhaps instead the energy for reionization came from the radiation that is generated by hot gas spiraling into giant black holes.  この霧も最終的には晴れたのだが,どのように晴れたのかは長年の謎だ。宇宙で最初に生まれた星々の強い光が徐々に水素をバラバラに「再電離」していったのかもしれない。あるいは,この再電離を引き起こしたエネルギー源は,巨大ブラックホールにのみ込まれていく高温ガスが生み出した放射だったかもしれない。
The key to figuring out how and when reionization took place, unsurprisingly, is finding the oldest objects in the universe and trying to tease out their nature and their origins. When did the first stars turn on, and what were they like? How did individual stars assemble themselves into galaxies, and how did those galaxies form the supermassive black holes that lie at the core of nearly all of them? At what point in this progression from stars to galaxies to black holes did reionization take place? And was the process gradual or abrupt?  再電離がいつごろ,どのように起こったかを解明するためのカギは,当然ながら,宇宙最古の天体を探し出し,その性質と起源を解明することだ。宇宙の一番星はいつごろ現れ,どんな姿をしていたのか? 個々の星はどのように集まって銀河を作り上げ,そうした銀河ほぼすべての中心部に超巨大ブラックホールがどのように形成されたのか? 星から銀河,さらにブラックホールへと進化するこの過程のどの時点で再電離が起きたのだろう? そして再電離は徐々に進んだのか,それとも突然だったのか?
Astrophysicists have been asking many of these questions since the 1960s. Only re­­cently, however, have telescopes and computer models gotten powerful enough to of­­fer some an­­swers: the latter by simulating the emergence and evolution of the first stars in the universe, and the former by gathering telltale glimmers of light from less than half a billion years after the big bang—a time when the first galaxies were in their infancy.  1960年代から,宇宙物理学者はこうした多くの疑問を抱いてきた。だが,いくらかの答えが得られるようになったのは最近のことだ。望遠鏡とコンピューターモデルの性能向上による。宇宙最初の星の誕生と進化がコンピューターでシミュレーションされ,望遠鏡はビッグバンから5億年以内に発せられたかすかな光をとらえるようになった。最初の銀河が誕生して間もないころの光だ。