[記事公開日]2015/11/19
[最終更新日]2016/04/11

宇宙の「ファーストスター」はビッグバンの数億年後に誕生し超新星爆発によって一気に消滅

宇宙で最初の星である「ファーストスター」が誕生したのはいつ?

今私たちが認識している宇宙が誕生してから、最初の星である「ファーストスター」が誕生したのは、いつ頃のことと考えられているのでしょうか?

宇宙で最初に誕生した星のことを「ファーストスター」と呼ぶそうですが、「ファーストスター」は、質量が太陽の数十倍もあるような、桁外れに大きな天体だったようであり、1つだけではなく、同じ時期にいくつも誕生していたようです。

そして、超新星爆発を起こして一気に消滅し、短い一生を終えたようです。

宇宙で最初の星である「ファーストスター」が、いつ頃、どのような形で誕生したと考えられているのかを、探ってみたいと思います。

今の科学では、約138億年前にビッグバンが起きたと捉えているようですが、ビッグバンが起きる前には、宇宙のインフレーションがあったとも考えられているようです。

 

ビッグバンが起きる前に宇宙の膨張(インフレーション)があったとするインフレーション理論

宇宙の膨張(インフレーション)とは、初期の宇宙が指数関数的な急膨張(インフレーション)を引き起こしたという、初期宇宙の進化モデルであり、ビッグバン理論のいくつかの問題を一挙に解決するとされているようです。

宇宙の膨張(インフレーション)は、インフレーション理論・インフレーション宇宙論などとも呼ばれますが、この理論は、1981年に佐藤勝彦、次いでアラン・グースによって提唱されたようです。
インフレーションという命名は、宇宙の急膨張を物価の急上昇になぞらえたものだとのことです。

インフレーション理論では、宇宙は誕生直後の10-36秒後から10-34秒後までの間にエネルギーの高い真空(偽の真空)から低い真空(真の真空)に相転移し、この過程で負の圧力を持つ偽の真空のエネルギーによって引き起こされた指数関数的な膨張(インフレーション)の時期を経たとするようです。

この膨張(インフレーション)の時間発展は正の宇宙定数を持つド・ジッター宇宙と同様のものであり、この急激な膨張(インフレーション)の直接の結果として、現在私たちから観測可能な宇宙全体は因果関係で結び付いた 小さな領域から始まったこととなるそうです。

この微小な領域の中に存在した量子ゆらぎが宇宙サイズにまで引き伸ばされ、現在の宇宙に存在する構造が成長する種となったとのことであり、この膨張(インフレーション)に関与する粒子は一般にインフラトンと呼ばれるそうです。

 

ビッグバンで”火の玉”のように熱くなった宇宙空間から「素粒子」が作られ、「ヒッグス粒子」が一定の秩序を生んだ

宇宙のインフレーション(膨張)が起きる前は、宇宙はとても小さなものだったと考えられているようですが、インフレーション膨張が起こり、さらにはビッグバンが起きたことで、宇宙はまるで”火の玉”のように熱くなったようです。

そして、この時、宇宙空間はエネルギーがとても高い状態になったようですが、そこから、物質や力の元となる「素粒子」が作られていったようです。

そこで作られた「素粒子」たちは、最初は無秩序に飛び回って誕生や消滅を繰り返していたようですが、「ヒッグス粒子」の性質が変化したことで、一部の素粒子が質量を持つことになったようです。

「ヒッグス粒子」「神の粒子」という別名で呼ばれることもありますが、素粒子の理論で素粒子に質量を与える為の粒子のことであり、この「ヒッグス粒子」の性質が一変したことで、一部の素粒子が質量を持つことになり、素粒子の世界に一定の秩序が生まれたようです。

そして、この頃、いくつかの素粒子がそれぞれ組み合わさったことで、陽子や中性子が誕生したようです。

 

ビッグバンからわずか3分位で素粒子が生まれ、陽子や中性子、さらには原子核が誕生した

ビッグバン直後の宇宙は、「1兆℃の1兆倍の1億倍」という、想像を絶するような高温状態だったようですが、陽子や中性子が誕生した頃には、約1兆℃くらいまで下がったようです。

その後も宇宙はどんどん膨張しているので、その分温度は下がっていきます。

そして、ビッグバンが起きてからわずか3分位で、宇宙空間の温度は約10億℃まで下がり、陽子や中性子がくっついて原子核が形成されたのですが、この時に作られた原子核は、水素・ヘリウム・リチウムといった軽いものばかりだったようです。

ビッグバンから原子核の誕生まで、わずか3分位のあっと言う間の出来事だったようですが、この後、次の段階である「宇宙の腫れあがり」にいくまではしばらくの時間がかかり、約38万年も続いたようです。

 

「宇宙の晴れ上がり」によって光が直進出来るようになるまで38万年かかった

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ビッグバン発生時に比べると、宇宙はどんどん冷めてきたとは言え、まだまだ高温状態だったようです。

そして、この頃の宇宙には、プラスの電気を持った原子核とマイナスの電気を持った電子が無数にあったようですが、両者はお互いに引き合ってくっつこうとするものの、エネルギーが高すぎてなかなか出来なかったようです。

この時、宇宙空間にはビッグバンの時に放射された光もたくさんあったようですが、それらの光は、電気を持った原子核や電子にあたって、真っ直ぐに進めませんでした。

光は真っ直ぐに進みたいのに、原子核や電子がジャマになって直進できないという状態が、約38万年も続いたようです。

そして、宇宙の温度が約3000℃まで下がってくると、ようやく原子核と電子がくっつき原子が出来ますので、光は遠くまで真っ直ぐに直進出来るようになったそうです。

これを「宇宙の晴れ上がり」と言い、ビッグバンから約38万年後ということになります。

そして、この後、約5億年に亘って、「宇宙の暗黒時代」が続くようです。

 

「宇宙の暗黒時代」が約5億年続いた後に、最初の星「ファースト・スター」が誕生

ビッグバンから約38万年後に「宇宙の晴れ上がり」が起きた訳ですが、この後、宇宙に最初の星「ファースト・スター」が誕生するまでの期間は「宇宙の暗黒時代」と呼ばれています。

この時、宇宙には微妙にエネルギーの”ムラ”が出来ており、その”ムラ”によって「ダークマター」(暗黒物質)が周りよりも少し多い場所と少ない場所が出来ていたようです。

「ダークマター」(暗黒物質)が多い場所は、周りよりも重力が少しだけ大きいので、周囲にある原子を引き寄せることになります。
そして、原子がたくさん集まってくると、重力はさらに大きくなり、より多くの原子を引き寄せるようになり、集まって来た原子を一つの場所にどんどん詰め込んでしまうようです。

この頃の宇宙に存在する原子は、水素とヘリウムがほとんどだった為、この場所には水素とヘリウム原子で形成された”ガスの塊”が出来ていきました。

”ガスの塊”がどんどん大きくなり、重力が大きくなっていくと、周りから原子が次々とやって来て、中心部の圧力もどんどん大きくなり、温度も上昇することになります。

そして、やがて中心部分では水素原子同士が化学反応を起こして、水素分子を形成し始めることになりますが、この反応が起きると、一旦、温度は下がりますが、これによってガスの体積が小さくなり、空間が出来ることになります。

さらには、出来上がった空間にさらにガスが流れ込んでくるので、結果として、ガスの密度がより高くなると言います。

そして、ガスの密度が高くなり続け、温度も再び上がるようになると、水素原子が核融合反応するようになり、宇宙に出来た最初の星である「ファーストスター」として輝き始めると言います。

宇宙に出来た最初の星である「ファーストスター」が誕生したのは、ビッグバン発生時から数億年後のことであり、約5億年後のことと考えられているようです。

そして、宇宙最古の星である「ファーストスター」は、わずか数百万年位で超新星爆発を起こして、短い一生を終えてしまったようです。

 

宇宙最古の星である「ファーストスター」は、超新星爆発を起こして数百万年で消滅

宇宙で最初に誕生した星「ファーストスター」は、桁外れに大きな天体であり、質量は太陽の数十倍もあったようですが、超新星爆発を起こして、わずか数百万年で一生を終えてしまったようです。

宇宙で最初に誕生した星「ファーストスター」は、誕生してから数百万年ほどで、核に蓄えていた燃料を使い果たしたようです。

自らを内部から支えていた外向きの放射圧がなくなると、太陽の数十倍もの質量を持つ巨星は崩壊し、今日宇宙で観測出来るどんな現象よりも破壊力のある超新星爆発が起こったようです。

その時の超新星爆発からどんなことが実際に起きたのかは、詳しくは分からないものの、宇宙最古の星である「ファーストスター」は、約200万~300万年位で、超新星爆発を起こして一生を終えてしまったようです。

しかし、宇宙で最初に誕生した星「ファーストスター」が起こした超新星爆発によって、次の世代の星たちが数多く誕生することにもなりました。

 

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