宇宙
宇宙 ： 宇宙について、宇宙の起源、宇宙の階層構造、宇宙の未来、平行宇宙
宇宙の定義は、
1. コスモス。時間・空間内に、秩序をもって存在する「こと」や「もの」の総体。
2. 全ての時間と空間、及びそこに含まれるエネルギーと物質。
3. ユニバース。
3次元的につながった空間だけではなく、平行宇宙も含めることがあります。
複合的宇宙または多元的宇宙という意味で、マルチバースと呼ばれます。
単一宇宙と区別して、複合宇宙全体を指す場合には、オムニバースともいいます。
4. 観測可能な宇宙、等があります。
まだ分かっていないことが多く、数値も諸説あるようです。
観測可能な宇宙は、理論上、半径約450億光年（460億光年？）の球状の範囲です。
約138億年前（宇宙の晴れ上がり直後）の観測可能な宇宙の果ては、
地球がある位置から、約4100万光年（3600万光年？）離れた所にあり、
この空間は、地球の位置から、光の約60倍の速度で遠ざかっていた、という説があります。
現在の宇宙の果てまでの距離である、共動距離は、約450億光年と推定されており、
この空間は、現在、光速の約3.5倍の速度で地球から遠ざかっているという説があります。
「天体から放たれた光が、地球にたどり着くまでの時間に光速をかけたもの」は、光行距離と呼ばれます。
4100万光年？の距離を、
光が進むのに、138億年もの時間を費やしたのは、宇宙が膨張しているためです。
約138億年の間に、宇宙は、約1090倍に膨張したと考えられています。
尚、現在、無数の銀河がほぼ一様に分布していて、
その距離に比例した速度で遠ざかっているように見えますが、
これは、太陽系が宇宙の中心だからではなく、
いずれの銀河から見たとしても、これと同様に見える、とされます。
これは、すべての天体を含む、宇宙全体が膨張しているからである、と考えられています（膨張宇宙論）。
銀河の後退速度が、光速に等しくなる距離は、
宇宙論的固有距離において、地球から約150億光年の所となります。
ここまでの距離は、ハッブル距離（ハッブル半径）と呼ばれますが、
これは、宇宙の地平面（宇宙の事象の地平面、粒子的地平面）ではありません。
尚、宇宙年齢に光速をかけた距離と、この距離が近似するのは、偶然だそうです。
我々の観測可能な領域を超える宇宙は、
共動距離的な意味の場合、インフレーション理論に基づき、より広大と予想されています。
宇宙の大きさが、
有限の場合、
空間は閉じており、直進すれば宇宙を1周することになります。
無限である場合、
確率的には十分遠方に至れば、地球周辺と原子配置が同一の領域が存在すると言えるようです。
この領域に到達した時点で、実質的に宇宙を周回したことと同じ効果があり、
無限宇宙は矛盾するようです？
宇宙の年齢は、
現在の所、約138億年前（ 13.798 ± 0.037 Gyr、2013年、欧州宇宙機関( ESA ) ）とされます。
宇宙の成分は、
原子である物質ではなく、エネルギーの比で表され、
ダークエネルギーとダークマターの割合が、ほとんどを占めます。
ダークエネルギー： 68.3％
暗黒物質（ダークマター）： 26.8％
原子： 4.9％
尚、宇宙にある元素は、
水素原子が93.3％を、ヘリウム原子が6.49％を占めます。
ビッグバン理論（ビッグバン仮説）（ガモフ氏）では、
宇宙の始まりは、ビッグバンと呼ばれる大爆発とされています。
ハッブルの法則によると、
地球から遠ざかる天体の速さは、地球からの距離に比例しています。
そのため、時間をさかのぼれば、すべての天体は1点に集まっており、
宇宙全体が高温・高密度の状態にあった、と推定されます。
ビッグバンの温度は、1031度と試算されています。
1965年に、宇宙マイクロ波背景放射が発見されました。
これは、宇宙初期の高温な時代に放たれた、熱放射の名残とされます。 →赤方偏移
しかし、ビッグバン理論では説明できない、
平坦性問題等の問題もあります。
これらを解決する理論として、
1980年代に、インフレーション理論が提唱されました。
この理論では、
宇宙の真の誕生は、
ビッグバンの前に、無から生じ、
インフレーションを経てから、ビッグバンが起こったとされます。
インフレーション時に内包するエネルギーには、わずかなムラがあり、
このムラが、原子の集積を呼び込んだ事、
また、ムラが一様だったため、宇宙が平坦になったとされます。
ビッグバン直後の宇宙には、物質は存在せず、
エネルギーだけが満ちた世界であったと考えられています。 元素合成
100万分の1秒後に、温度が10兆度程度まで下がり、物質の基礎になる素粒子が生じました。 極超新星
1万分の1秒後に、1兆度になり、陽子や中性子が誕生しました。
3分後には、10億度になり、水素・ヘリウム・リチウム等の原子核や電子が生じました。
38万年後、3800度程度になり、
電子は、原子核にとらわれて原子となり、
ビッグバンが起こった時に生じた光子が、
素粒子に邪魔されずに、直進できるようになりました（宇宙の晴れ上がり）。
この光が、宇宙背景放射です。
原子は、電気的に中性で反発しないため、やがて重力でまとまり始めて、
約1〜1.5億年後には、ファーストスターが、
約9億年後には、星や銀河を形成するようになりました。
地球は、惑星の一つであり、
太陽（恒星）の周りを回っています。
太陽と、その周りを回る惑星、惑星の周りを回る衛星、準惑星、小惑星や彗星が、
太陽系を構成しています。
恒星が集まって、星団を形成し、
恒星や星団が集まって、銀河を形成しています。
銀河の集団は、銀河群、銀河団と呼ばれます。
これらが更に集まったものは、超銀河団といいます。
更に、巨視的には、超銀河団が、壁状または柱状に連なった、銀河フィラメントがあります。
壁状のものは、特に銀河ウォールまたはグレートウォール等ともいいます。
銀河ウォールや銀河フィラメントの周囲には、
銀河がほとんど存在しないような、空虚な大空間が広がっていて、
この空間を、超空洞（ボイド）といいます。
現在観測されうる最大の宇宙の構造が、
超空洞と銀河フィラメントの重層構造であり、
これを、宇宙の大規模構造といいます。 散逸構造
この構造は、面と空洞からなることから、宇宙の泡構造、ともいいます。
宇宙定数を取り除いたアインシュタイン方程式の解が示す宇宙の未来は、
膨張がやがて収縮し、最終的に一点につぶれる、ビッグクランチと呼ばれるモデルでした。
膨張の原動力である、熱や光の放出の力が低下し、
重力が優勢になると、宇宙は膨張速度を落とし、収縮に転じます。
一方、宇宙誕生後70億年頃から、加速膨張が始まったとされる観測結果もあります。 インフレーション 極超新星
宇宙を加速膨張させる原動力は、ダークエネルギーと名付けられ、
将来、この量がどのように推移するかによって、2つのモデルが作られました。
ダークエネルギーの増加が続き、膨張が加速され続けて、やがて無限大になると、
宇宙は、素粒子レベルまでばらばらに引き裂かれて終焉を迎えます。
これは、ビッグリップと呼ばれます。
ダークエネルギーによる膨張が無限大に達しなければ、
宇宙は緩やかに膨張を続けながらも、破綻しない可能性もあります。
我々の住む宇宙となんらかの関わり合いがあるような平行宇宙、
または、その存在が確かめられそうな平行宇宙です。
「観測可能」という語は、
物体からの光等が、
地球上の観測者のもとに到達することが原理上可能という意味です。
「宇宙」といえば、「観測可能な宇宙」を指すことが多いです。
ちなみに、観測されている中で、もっとも遠くにある天体（銀河？）は、
UDFj-39546284（地球からの距離が、316億7400万光年で、時代は、133億6900万年前）
MACS0647-JD（同、約319億光年で、約134億年前）です。 赤方偏移
実際に観察できるのは、宇宙が晴れ上がった最終散乱面にある物体までです。
晴れ上がる前の宇宙は、光子に対して不透明でした。
しかし、重力波の検出によって、
より以前の情報を推定できる可能性があります。
重力波は、インフレーション時代の遅くとも後期から発生しているため、
数兆光年以上遠くの宇宙（インフレーション時代の宇宙）を観測できる可能性があります。
宇宙は、我々と因果律的に断絶しています。
宇宙のインフレーション等の理論では、
観測可能な宇宙をその一部に持つ、より巨大な宇宙(全宇宙)が必要になります。
宇宙の大きさ
可視宇宙（宇宙光の地平面）は、
観測可能な宇宙より、やや小さいと考えられます。
これは、宇宙マイクロ波背景放射（ CMB ）からの光しか見えないためです。
CMBによって、天体の「最終散乱面」が見えているということになります。
これによって、観測可能な宇宙の共動半径の下限が明確になります。
地球から「可視」宇宙の端までの共動距離は、
あらゆる方向に、約14ギガパーセク（465億光年）です。
つまり、可視宇宙は、直径約28ギガパーセク（約930億光年）の球体ということになります。
宇宙空間は、だいたいユークリッド平面であるので、
この大きさは、約3×1080m3の共動体積に相当します。
尚、上記の数字は、（宇宙時間でいう）「今」の距離であり、
「光が放射された時点における」距離ではありません。
現在のCMBは、ビッグバンから37.9万年後に放射されたものです。
この放射は、現在では、我々から約460億光年？の距離にある銀河になっている物質から放出されたものです。
Λ-CDMモデルによると、WMAP衛星からのデータから、
宇宙は、CMBの光子が放出された時の大きさの、1292倍に膨張しているとされます。
よって、現在観測できる最も遠く（460億光年？先）の物質は、
現在受け取っているCMBが放出された時には、
後に地球となる物質から、わずか3600「万」光年（4100万光年？）しか離れていませんでした。
内容物質
観測可能な宇宙には、3×1022〜7×1022個の星があって
800億以上の銀河にまとまり、
更に、銀河群や銀河団、超銀河団を形成しています。
観測可能宇宙内の原子数は、約1080と計算されるようです。
しかし、これは下限を示したに過ぎず、また水素原子は星以外にも存在します。
観測可能な宇宙の質量
可視物質の質量は、
太陽の質量（ 2×1030 kg ）を、平均太陽質量とし、
星の総数を、1022個とすれば、
観測可能な宇宙の星の総質量は、3×1052 kgとなります。
しかし、WMAPのデータを、Λ-CDMモデルで推定すると、
物質は、5％未満で、
残りは、暗黒物質やダークエネルギーが占めていると予測されます。
宇宙のインフレーション（インフレーション理論） 宇宙について
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す。
ビッグバン理論の、
観測される宇宙が極めて平坦であること（平坦性問題）、
因果律的に結び付きを持たないほど大きなスケールにわたって、宇宙が極めて一様であること（地平線問題）、
多くの大統一理論 (GUT) のモデルで存在が予言されている、空間の位相欠陥が全く観測されないこと（モノポール問題）
等の問題を解決するとされます。
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密度によって引き起こされた、
インフレーションの時期を経たとされます。 真空
インフレーションに関与する粒子は、インフラトンと呼ばれます。
現在我々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りました。
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りました。
インフレーションの際に存在した、時空のゆらぎが、原始重力波として残り、
その影響が宇宙の晴れ上がりに及んで、
宇宙マイクロ波背景放射に偏光をもたらしたという説があります。
WMAPの偏光データは、最も単純なインフレーションモデルとよく一致しています。
尚、偏光は、宇宙の晴れ上がり後に形成された天体の影響によっても生じるため注意が必要です。
インフレーション理論の最も単純なモデルは、
約1015GeVという、大統一理論のエネルギー領域を扱います。
インフレーション時代の後には、
初期宇宙の高温の放射を生み出した再加熱の時代が存在したはずです。
再加熱の原因は、詳細不明ですが、
インフレーションの終了期に、
インフラトンが他の粒子に崩壊する過程が共鳴的に起きたことで再加熱が起きたとする、
パラメータ共振モデル等が提唱されています。
前段階のインフレーション理論
ド・ジッター氏は、高い対称性を持つ膨張宇宙を見出しました。
この宇宙は、正の宇宙定数(宇宙項)を持ちます。
古いインフレーション
素粒子の大統一理論における、一次相転移に基づいたインフレーションモデルで、
佐藤氏とグース氏によって独立に提唱されました。
このモデルによると、誕生直後の宇宙は、
偽の真空と呼ばれる状態にあったとされます。
インフレーションの終わった領域は、真の真空の「泡」の核となり、
残りの領域では、インフレーションが続きます。
泡同士が衝突すると、泡の壁が持つ莫大なエネルギーが粒子に変換され、
これがビッグバン初期宇宙に存在する高温の放射や物質粒子となります。
この過程は、再加熱と呼ばれます。
インフレーションが続いている巨大な背景領域では、
我々の宇宙と同様の新しい宇宙が絶えず生成され続けます。
重力相互作用のエネルギーは、負であるため、
正のエネルギーを持つ宇宙が新しく生成されても、エネルギー保存則は破られません。
このモデルでは、初期宇宙が冷却するにつれて、
宇宙は、高エネルギー密度の偽の真空（宇宙定数に酷似）の内に捉えられたとされます。
最初期の宇宙が冷却されるにつれ、
宇宙は、準安定状態（過冷却）の内に捕捉され、
量子トンネルを経由して、泡形成の過程を通ってのみ崩壊し得ます。
真の真空の泡は、自発的に偽の真空の中で形成し、すぐに光速で膨張を始めます。
しかし、このモデルは、
いつまで経っても火の玉宇宙の時代に移行しません（華麗な退場の問題）。
ゆっくり転がるインフレーション（新しいインフレーション）
によって、泡の衝突問題は解決されることになります。
このモデルでは、
古いインフレーションに比べて、ポテンシャルの形が極小を持たない、ほぼ平坦な形状になっており、
このポテンシャルの上を、スカラー場がゆっくりと転がり落ちるとされています。
宇宙の膨張に比べて、場が非常にゆっくり転がる時（平坦な時）、インフレーションが起こります。
インフラトンのポテンシャルが、平坦な領域の終端まで達すると、インフレーションは終わり、
ポテンシャルの傾きが急になり、転がり落ちる速度も増加します。
これが、このシナリオでの再加熱過程で、
インフラトンとの相互作用によって、火の玉宇宙の輻射や粒子が生成されます。
新しいインフレーションは、
完全に対称的な宇宙は作り出さず、インフラトン内に、わずかな量子ゆらぎが生成されます。
このゆらぎは、後の宇宙において生成される、すべての構造の種を形成します。
このインフレーションは、永遠に続きます。
スカラー場は、量子ゆらぎによって、ポテンシャルの高い位置に再び戻される場合もあります。
この領域は、
インフラトンのポテンシャルエネルギーが低い領域に比べて、非常に速く膨張します。
従って、いくつかの領域では、インフレーションが終わっても、
インフレーションが続いている領域は、指数関数的に成長するため、
インフレーションが起きている領域が、常に宇宙の大部分を占めることになります。
このように、ある領域でインフレーションが終わっても、
量子ゆらぎのために、宇宙の大部分でインフレーションが持続するという定常状態は、
永久インフレーションまたはカオス的インフレーションと呼ばれます。
永久インフレーションが、過去においても永遠かどうか、
つまり宇宙は無限の過去から続いているのかどうかについては、不明です。
尚、無限の過去から続く、永久インフレーションは、定常宇宙論と見ることもできます。
新しいインフレーションの拡張として、
ハイブリッド・インフレーションもあります。
このモデルでは、新たなスカラー場を導入し、
ある一つのスカラー場が、通常のゆっくり転がるインフレーションに対応し、
別の場が、インフレーションの終了を引き起こします。
つまり、インフレーションが十分長く続くと、
第二の場が、非常に低いエネルギー状態に落ち込む確率が増え、
これによってインフレーションが終わるというものです。
その他のモデル
string gas cosmologyの他、
ブレイン宇宙論、
エキピロティック宇宙論、
サイクリック宇宙論、
光速変動理論、等が考えられています。
しかし、数十億年（40億年〜60億年）前に始まったとする、
第2次インフレーションの原動力等、未解決の問題もあります。 →宇宙の未来
天文的な距離を表すのには、光年がよく用いられますが、
銀河団間の距離や宇宙の構造を取り扱う場合には、
メガパーセク ( Mpc ) が使われることがあります。
1メガパーセクは、326万光年です。
観測対象からの光（電磁波）のスペクトルが、
長波長側（可視光では赤）にずれる現象です。
波長λのスペクトルが、Δλだけずれている場合、
赤方偏移の量 z を、
z = Δ λ/λ 、
と定義します。
光速を超えて遠ざかる天体は、
赤方偏移Z = 1.6程度の天体と考えられますが、
この値を超える天体は、少なくとも1000個観測されています。
最も z が大きい（最も遠方にある）天体は、
z = 11.09 の銀河、 GN-z11 です（2016年）。
尚、UDFj-39546284は、Z = 約10.3 ± 0.8 （11.9？）、
MACS0647-JDは、Z = 約10.7+0.6−0.4です。 →観測可能な宇宙
現在知られている最大の赤方偏移は、
宇宙背景放射で、
z = 1089 （約138.12億光年）です。
極超新星（ハイパーノバ)
通常の数十倍の爆発エネルギーを持つ、超新星爆発です。
太陽の約40倍以上の質量を持つ恒星が、
重力崩壊を起こして生じると考えられています。
尚、太陽の8倍以上の質量がある場合、恒星は、超新星爆発を起こします。 恒星内原子核合成
ちなみに、この場合、27-35億Kを超えると、ケイ素燃焼過程まで起こります。
SN 1998bwでは、
爆発の速度が光速の10％近くにも達しました。
SN 2006gyは、
水素の吸収線が見られたため、II型の超新星に分類されます。
しかし、通常の10倍もの対生成を伴う爆発であり、極超新星の可能性があるようです。
ちなみに、爆発時は、ブラックホールすら残さず吹き飛んだそうです・・・
尚、NGC 4889の中心には、なんと、
太陽質量の210億倍、
事象の地平面の直径が約1300億kmの、
超大質量ブラックホールがあります・・・
超新星爆発で生じるには、大きすぎますが・・・
もし、超巨大星があり、中心温度が、10兆度を超えることができると、原始？素粒子生成？ 宇宙の起源
超大質量ブラックホールが生じた、「超」極超新星の、爆発速度は超光速？？
「超」極超新星爆発は、宇宙の再加速膨張の原因？？？ 宇宙の未来
あと、超大質量ブラックホールは、銀河の中心に存在しますが・・・
「超」極超新星爆発は、銀河の起源と何か関係するのでしょうか・・・
もっと、巨大な星？の、「超」「超」極超新星爆発が、もしあれば、
宇宙の起源に関係するかも？？？
謎は、深まるばかりです。