Planck 2015 年成果 XIII. 宇宙論的パラメータ

高校生向けのやさしい解説

宇宙はビッグバンから約38万年後、晴れ渡って光が走り始めました。その光の名残「宇宙マイクロ波背景放射」をPlanck衛星が精密に観測し、宇宙の年齢・膨張速度・組成（通常の物質4%・ダークマター27%・ダークエネルギー69%）といった基本パラメータを決定しました。「宇宙の設計図」の精密な数値を測った現代宇宙論の中心的な成果です。

概要

本論文は Planck Collaboration が2016年に Astronomy & Astrophysics に発表した、Planck 衛星の全ミッションデータ（温度・偏光異方性）に基づく宇宙論的パラメータ決定の主要論文である。宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の温度・偏光パワースペクトルを詳細に解析し、空間的平坦な6パラメータ ΛCDM（ラムダ＋冷たいダークマター）モデルが観測データを極めてよく記述することを示した。ハッブル定数 H0 = 67.8 ± 0.9 km/s/Mpc、物質密度パラメータ Ωm = 0.308 ± 0.012、スカラースペクトル指数 ns = 0.968 ± 0.006 などの精密な数値を提供した。宇宙の空間曲率はゼロに極めて近く（|ΩK| < 0.005）、ダークエネルギーの状態方程式は宇宙定数と一致（w = -1.006 ± 0.045）することが確認された。

主要概念

ΛCDM 標準宇宙論モデル 現代宇宙論の標準モデル。6つの基本パラメータ（バリオン密度、冷たいダークマター密度、ハッブル定数、光学的深さ、スカラースペクトル振幅、スペクトル指数）で CMB のパワースペクトルを記述する。Planck データはこのモデルが観測を極めてよく説明することを確認した。

CMB 温度・偏光異方性 ビッグバン後約38万年に宇宙が透明になった際に放出された光（CMB）の温度・偏光の空間的ゆらぎ。その角度パワースペクトル（特に音響振動のピーク構造）が宇宙の初期条件と組成を精密に制約する。

Planck 衛星の精度向上 COBE、WMAP に続く第3世代 CMB 観測衛星として、Planck は角度分解能・感度ともに格段に向上した。2015年解析では低周波器（LFI）による偏光データが初めて本格的に活用され、再電離光学的深さ τ = 0.066 ± 0.016 が精密に決定された。

残余張力（tension） Planck が決定したハッブル定数（H0 ≈ 67.8）は局所的な宇宙距離梯子から得られる値（約 73）と 2〜3σ の不一致を示した。また、Planck が示唆するゆらぎ振幅 σ8 は銀河団カウントや弱重力レンズからの独立推定と一致しない傾向がある。これらの「張力」は単純な ΛCDM 修正では解消できないとされた。

ニュートリノ質量・ダークエネルギー制約 Planck データと他の天体物理学的データを組み合わせることで、ニュートリノ質量の和の上限（Σmν < 0.23 eV）、有効相対論的自由度（Neff = 3.15 ± 0.23）、ダークエネルギー状態方程式（w = -1.006 ± 0.045）が制約された。いずれも標準モデルと矛盾しない。

書誌情報

• 著者: Planck Collaboration（主筆: P. A. R. Ade 他多数）
• 年: 2016
• 出典: Astronomy & Astrophysics, Vol. 594, A13
• access_status: raw-confirmed
• DOI: 10.1051/0004-6361/201525830