宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測によるインフレーション宇宙の探求に道筋

平成23年8月24日
QUIET実験国際コラボレーション
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構

QUIET実験^※1は、高度5000mを超える南米チリのアタカマ高地において宇宙マイクロ波背景放射(CMB)^※2の偏光を精密に測定する実験です。その目的は、ビッグバン^※3(宇宙初期の超高温・超高密度の状態)を引き起こした原因と考えられる、宇宙誕生後の急激な大膨張(インフレーション^※4)の観測的証拠を発見することです。
このインフレーションを裏付ける証拠となるのが、インフレーションの際に時空が振動することで生じた波である原始重力波^※5です。この原始重力波が発見されることにより、インフレーションがビッグバン以前に起こったことを明らかにできるため、原始重力波発見を目指し世界的な競争が行われています。この原始重力波発見の鍵となるのが、宇宙マイクロ波背景放射の偏光(振動の方向)のうち、渦状のパターンを持つBモード^※6を検出することです。なぜなら、Bモードは、現在我々が検出できる原始重力波の痕跡であるからです。

QUIET実験では、このBモードを検出するために、2008年10月よりCMB偏光測定器(レシーバー)を搭載した望遠鏡で観測を開始しました。今回、初期の8ヶ月間の観測の結果、QUIET実験で用いられている測定器が、世界トップレベルの検出感度を誇ることが分かりました。さらには、検出器ごとのばらつきも小さくBモードの検出にあたって、極めてすぐれた精度を持つこともわかりました。これらにより、観測という実験的な手法で、「インフレーションは、本当に引き起こされたのか。」という宇宙誕生初期の謎を直接解き明かす道筋が開かれました。

現在、QUIET実験では、観測装置のアップグレードが計画されています。今後の結果次第では、Bモードの検出による原始重力波の発見で、宇宙誕生の謎が解き明かされる日もそう遠くないかもしれません。

■ 参考

世界の他のBモード探索実験
世界では、米国を中心に数多くのBモード探索実験が進行中である。QUIETとおなじチリ・アタカマ高地においても、POLARBEAR(ポーラーベアー)、ABS(アブス)、ACTpol(アクトポル)などは今後数ヶ月〜1年以内に観測を開始する予定である。また、南極点においては、BICEP2(バイセップツー)、Keck Array(ケックアレイ)などが、既に観測を開始しており、今後もSPTpol(エスピーティーポル)、POLAR(ポーラー)実験などが続々と観測を開始する予定である。また、大気の影響のない気球実験や衛星実験も多数計画されている。多数の研究者がBモード発見を目指して、熾烈な競争を繰り広げている。KEKはQUIETとPOLARBEARを推進している。