宇宙の黎明期の理解に革命をもたらす新しい気球搭載分光計プロジェクト

July, 26, 2024, Washington--「ビッグバン」から残された背景放射を測定し、科学者が宇宙の幼年期と進化をよりよく理解するのに役立つように設計された巨大な気球は、開発の次の段階に移行したばかりである。

NASAのCOBE(Cosmic Background Explorer)ミッションによって宇宙マイクロ波背景放射(CMB)スペクトルが初めて正確に特徴付けられてから30年後、BISOU(Balloon Interferometer for Spectral Observations of the Universe)として知られる新しい実験により、これらの測定が大幅に進歩し、感度が~25倍向上することが期待されている。

成功すれば、宇宙の熱史に関する前例のない洞察が得られ、標準的なビッグバン理論の予測が検証され、現在の理解を超えた新しい物理学が明らかになる可能性がある。また、欧州宇宙機関のVoyage 2050プログラムの一部を形成する野心的な将来の宇宙ベースのCMB分光計に向けた変革の一歩となる可能性がある。
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「BISOUは、30 +年の休眠状態からフィールドを目覚めさせる。ERCが資金提供するCMBSPECチームとともに、われわれはこのモチベーションを高めるために懸命に取り組んできた」。
Jens Chlubaは、BISOU科学チームのメンバーであり、マンチェスター大学ジョドレルバンク天体物理学センタの宇宙論教授である„

CMBは、宇宙が誕生した頃の放射線の残骸である。CMBは宇宙のいたるところにあるが、人間は肉眼で見ることはできない。しかし、専門の機器を使えば、大気のカーテン越しにも見えるようになり、宇宙の最も初期の瞬間についての斬新な洞察を得ることができる。

CMBのほぼ完全な黒体スペクトルは30年前に初めて正確に測定され、WMAPやプランクなどの宇宙ミッションは、CMBの温度と空を横切る直線偏光の空間変動をマッピングすることで、宇宙の理解に革命をもたらしたが、スペクトル歪みとして知られるCMBの小さな偏差は、ほとんど調査されていない。理論によって予測されたこれらの歪みにより、これまで探求されてこなかったレジームにおける様々な宇宙プロセスに関する重要な情報が得られる。

BISOUでは、科学者たちは歪みを測定するための新しい気球搭載差分光計に集中的に取り組んでいる。今年初めに終了したフェーズ0試験では、すでに実現可能性が実証されている。現在、フェーズAに移行し、今後2年間で、フランス、イタリア、アイルランド、スペイン、英国、米国、日本の研究者からなるコンソーシアムは、2028/29年に空を飛ぶ前に、BISOU成層圏気球プロジェクトの詳細なコンセプトを完成させる。

「気球は、重機を大気圏に高く運ぶための優れたツールであり、宇宙船を打ち上げるよりもはるかに手頃な価格である。BISOUは高度~40kmで運用され、気球は数日間浮かんでいるため、分光計は地球の大気干渉の多くを回避し、微弱な宇宙信号をより鮮明に観測することができる。

フーリエ変換分光計(Fourier Transform Spectrometer)と呼ばれる特殊な機器は、COBE/FIRAS装置の長い伝統に基づいて構築されており、NASAのPICXIEや欧州宇宙機関のFOSSILミッション提案などの以前の研究からの洞察を活用している。

このプロジェクトは、Bruno Maffei教授と宇宙天体物理学研究所(IAS-Institut d’Astrophysique Spatiale)の宇宙論チームによって調整され、最近BISOUのフェーズAへの移行を発表したフランス国立宇宙研究センタ(CNES)から資金提供を受けている。