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SCIENTIFIC AMERICAN November 2006 

"The Dark Ages of the Universe"

「宇宙の暗黒時代を探る」より抜粋

By Abraham Loeb A. ロブ
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When I look up into the sky at night, I often wonder whether we humans are too preoccupied with ourselves. There is much more to the universe than meets the eye on earth. As an astrophysicist I have the privilege of being paid to think about it, and it puts things in perspective for me. There are things that I would otherwise be bothered by--my own death, for example. Everyone will die sometime, but when I see the universe as a whole, it gives me a sense of longevity. I do not care so much about myself as I would otherwise, because of the big picture. 夜空を見上げていると,私たちは自分のことで頭がいっぱいになりすぎているのではないか,という思いにかられることがある。宇宙には,地上では目にすることがないさまざまなものがある。天文学者である私は,それらについて考えることで給料をいただく幸せな身だが,そのおかげでものごとをより大局的に見ることができるようになったと思う。そうでなければたくさんの問題が私を悩ませていただろう。例えば自分の死だ。誰もがいつかは死ぬ。だが,宇宙全体について考えると悠久の時を実感する。その壮大さに圧倒され,自分の悩みなどたいしたものではないように思えてくるのだ。
Cosmologists are addressing some of the fundamental questions that people attempted to resolve over the centuries through philosophical thinking, but we are doing so based on systematic observation and a quantitative methodology. Perhaps the greatest triumph of the past century has been a model of the universe that is supported by a large body of data. The value of such a model to our society is sometimes underappreciated. 過去数百年,人々は存在の根源にかかわる問題の答えを哲学によって探し求めてきた。今,宇宙論研究者は観測と理論から答えを得ようとしている。ここ100年での最大の成果は,膨大なデータに裏付けられた宇宙モデルの構築だろう。だが世間は,そうした宇宙モデルの持つ意義を過小評価する。
When I open the daily newspaper as part of my morning routine, I often see lengthy descriptions of conflicts between people about borders, possessions or liberties. Today's news is often forgotten a few days later. But when one opens ancient texts that have appealed to a broad audience over a longer period of time, such as the Bible, what does one often find in the opening chapter? A discussion of how the constituents of the universe--light, stars, life--were created. Although humans are often caught up with mundane problems, they are curious about the big picture. As citizens of the universe we cannot help but wonder how the first sources of light formed, how life came into existence and whether we are alone as intelligent beings in this vast space. Astronomers in the 21st century are uniquely positioned to answer these big questions. 毎朝,新聞を広げると,国境紛争や財産争い,自由を求める闘争などの長文記事をよく目にするが,そうした日々のニュースなど数日もたてばほとんど忘れられてしまう。一方,古来,多くの人々の心をとらえてきた文書,例えば聖書をひも解いたとき,最初の章には何が記されているだろう?そこには宇宙を構成する光や星,生命がどのように創造されたかが述べられている。人間は日常生活に追われながらも,自分が暮らす世界の全体像に興味を持っているのだ。最初の光はいかにして生まれ,生命はいかにして存在するに至ったか,この広い宇宙で知的生命は人間だけなのか?宇宙の一員である私たちはそうしたことを考えずにはいられない。そして21世紀,天文学者はこれらの重大な問いに答えを出しうる立場にある。
What makes modern cosmology an empirical science is that we are literally able to peer into the past. When you look at your image reflected off a mirror one meter away, you see the way you looked six nanoseconds ago--the light's travel time to the mirror and back. Similarly, cosmologists do not need to guess how the universe evolved; we can watch its history through telescopes. Because the universe appears to be statistically identical in every direction, what we see billions of light-years away is probably a fair representation of what our own patch of space looked like billions of years ago. 現在の宇宙論が実証科学たりうるのは,私たちが過去を文字通り見通せるからだ。1m離れた鏡の中の自分の姿を見るとき,私たちは6ナノ秒前の自分,つまり光が鏡にたどりつき,反射して戻ってきた結果を目にしている。同じように宇宙論研究者は望遠鏡をのぞいて宇宙の歴史を見る。宇宙がどのように進化してきたかを推理する必要はないのだ。宇宙はあらゆる方向に対して一様なので,地球から数十億光年先に見えているものは,私たちが存在する場所の数十億年前の姿とほぼ同じだと考えられる。
The ultimate goal of observational cosmology is to capture the entire history of the universe, providing a seamless picture of our descent from a shapeless gas of subatomic particles. We have a snapshot of the universe as it was 400,000 years after the big bang--the cosmic microwave background radiation--as well as pictures of individual galaxies a billion years later. By the middle of the next decade, NASA plans to launch a new space telescope, named the James Webb Space Telescope (JWST), that should be able to pick up the first galaxies, which theorists predict formed at a cosmic age of hundreds of millions of years. 観測宇宙論の最終目標は宇宙の全歴史をとらえることだ。それによって,原子より小さい粒子からなるガス状の初期宇宙から,現在私たちがいる世界ができあがるまでの流れを途切れなく知ることができる。私たちの手には,ビッグバンから40万年後の宇宙のスナップ写真「宇宙マイクロ波背景放射」の画像がある。また,それから約10億年後の個々の銀河の写真もある。
米航空宇宙局(NASA)は6~7年後に新しい宇宙望遠鏡「ジェームズ・ウェブ宇宙望遠鏡(James Webb Space Telescope)」を打ち上げる予定で,これによって,宇宙誕生から数億年後にできたとされる最初の銀河の姿をとらえられるだろう。
But that still leaves a tremendous gap. In between the release of the microwave background and the first rays of starlight was a period when the universe was dark and the microwave background no longer traced the distribution of matter. It might sound like a languid, gloomy time, a boring interlude between the immediate aftermath of the big bang and the bustling cosmos of the present day. Yet a great deal happened in these Dark Ages: the primordial soup evolved into the rich zoo of celestial bodies we now see. Within the inky blackness, gravitational forces were assembling objects in the cosmos. そうなっても,宇宙の歴史において空白の時代がまだ多く残る。宇宙マイクロ波背景放射が放出されてから最初の星の光が観測されるまでの間,宇宙は暗黒に包まれ,物質分布の状況を知ることができないのだ。この時期は,ビッグバン後の激変は収まったものの,星々が輝く現在の活気ある宇宙はまだ姿を見せていない。暗黒の時代というと,薄暗い中でゆっくり時間が流れる“劇の幕間”のような印象を持たれるかもしれない。しかし,この時代には実に多くのことが起きていた。最初の混沌とした宇宙を,私たちが今,目にしているさまざまな天体が輝く銀河宇宙にまで進化させたのは,この時代なのだ。漆黒の暗闇の中で重力は宇宙にただよう物質を集め,天体を組み立てていた。
The situation that astronomers face is similar to having a photo album of a person that contains the first ultrasound image of him or her as an unborn baby and some additional photos as a teenager and an adult. If you tried to guess from these pictures what happened in the interim, you could be seriously wrong. A child is not simply a scaled-up fetus or scaled-down adult. The same is true with galaxies. They did not follow a straightforward path of development from the incipient matter clumping evident in the microwave background. Observations hint that the universe underwent a wrenching transition during the Dark Ages. 銀河の進化を人間の成長に例えて言うなら,天文学者が今,手にしているそのアルバムには,超音波でお母さんのお腹を調べて,初めて得られた胎児のときの画像と,それからずっととんで,10代から成人になってからの写真しかない。これらの写真から,アルバムの空白の時代に何が起きたかを推測しても,正しい答えにはたどりつけない。子どもは胎児がそのまま大きくなった姿ではなく,大人がそのまま小さくなった存在でもない。銀河にも同じことが言える。銀河は,宇宙マイクロ波背景放射が示す宇宙初期の物質の凝集がそのまま成長したものではない。暗黒時代,宇宙に大きな変遷があったことを観測結果は示している。
Astronomers are currently searching for the missing pages of the cosmic photo album, which will show how the universe evolved during its infancy and made the building blocks of galaxies like our own Milky Way. A decade ago, when I started to work on this effort, only a handful of researchers were interested in it. Now it motivates a major fraction of future observational projects and promises to be one of the most exciting frontiers in cosmology over the next decade. 天文学者は今,宇宙のアルバムの抜け落ちた“写真”を探している。それが見つかれば,宇宙が幼年期にどのような進化を遂げ,天の川銀河に代表される数々の銀河のもとがどのようにして作られたのかがわかるだろう。10年前,私が暗黒時代の研究を始めたとき,関心を示す研究者はごく少数だった。それが今や,多くの観測計画が立ち上げられている。この先10年,宇宙論における最もエキサイティングな最先端分野になるに違いない。