CMB コールドスポット

CMBコールドスポットまたはWMAP コールドスポットは、マイクロ波で観測される空の領域で、宇宙マイクロ波背景放射(CMBR)の予想される特性に比べて異常に大きく、寒いことが分かっています。「コールドスポット」は CMB の平均温度 (約 2.7 K) よりも約 70 μK (0.00007 K ) 低く、典型的な温度変化の二乗平均平方根はわずか 18 μK です。^{[1] [注 1]}いくつかのポイントでは、「コールドスポット」は CMB の平均温度よりも 140 μK 低いです。^[2]

「コールドスポット」の半径は約 5°で、銀河座標 l _II = 207.8°、b _II = −56.3° (赤道: α = 03 ^h 15 ^m 05 ^s、δ = −19° 35′ 02″) を中心としています。したがって、南天半球、エリダヌス座の方向にあります。

通常、原始CMBの温度の最大の変動は、約1°の角度スケールで発生します。したがって、一般に受け入れられている理論モデルでは、「コールドスポット」ほどの大きさの冷たい領域は、非常にありそうにありません。さまざまな代替説明があり、その中には、私たちと原始CMBの間に存在する可能性のある、いわゆるエリダヌス超ボイドまたはグレートボイド（フォアグラウンドボイドはCMBに対してコールドスポットを引き起こす可能性があります）が含まれます。このようなボイドは、統合されたサックス-ウルフ効果を介して観測されたCMBに影響を与え、観測可能な宇宙で最も大きな構造の1つになります。これは、赤方偏移でおよそ1億5000万から3億pc（5億から10億光年）、距離60億から100億光年^[3]の非常に大きな宇宙領域であり、その赤方偏移での平均密度よりもはるかに小さい物質密度を含みます。^[要出典]${\displaystyle z\simeq 1}$

ウィルキンソンマイクロ波異方性探査機（WMAP）によってデータが記録された最初の年に、エリダヌス座の空のある領域が周囲よりも寒いことがわかりました。^{[4]その後、3年間にわたってWMAPによって収集されたデータを使用して、そのような大きな寒冷領域の統計的有意性が推定されました。}ガウスシミュレーションで少なくとも同じくらい高い偏差が見つかる確率は1.85％であることがわかりました。^{[5]したがって、コールドスポットが}宇宙のインフレーション中に量子ゆらぎの標準的なメカニズムによって生成された可能性は低いですが、不可能ではないようです。ほとんどのインフレーションモデルでは、このメカニズムによりガウス統計が生じます。コールドスポットは、上記の参考文献で示唆されているように、非ガウスの原始的ゆらぎのシグナルである可能性もあります。

一部の著者はこのコールドスポットの統計的意義に疑問を呈した。^[6]

2013年には、CMBコールドスポットがプランク衛星^[7]によっても同様の重要性で観測され、 WMAP衛星の 系統的誤差によって引き起こされた可能性は否定されました。

この大きな「コールドスポット」は、「悪の枢軸」と呼ばれるものの一部を形成している（このような構造を見るのは予想外だったためそう呼ばれている）。^[8]

コールドスポットの考えられる説明の1つは、私たちと原始CMBの間に巨大な隙間があることである。大きな隙間が存在すると、周囲の視線よりも冷たい領域が観測される可能性がある。そのような隙間があると、「後期」統合ザックス・ウルフ効果と「通常の」ザックス・ウルフ効果の間の相殺が増加するためである。^[10]光子が通過するときにダークエネルギーが隙間を引き伸ばさなければ、この効果ははるかに小さくなるだろう。 ^[11]

Rudnick et al . ^{[12] は、}コールドスポットの方向でNVSS銀河数の減少を発見し、大きなボイドの存在を示唆しました。それ以来、いくつかの追加研究が「スーパーボイド」の説明に疑問を投げかけています。NVSS の減少とコールドスポットの相関は、より保守的な統計分析を使用して限界であることがわかりました。 ^[13]また、コールドスポット内のいくつかの 1 度四方の領域にある銀河を直接調査しても、スーパーボイドの証拠は見つかりませんでした。^[14]ただし、スーパーボイドの説明は完全に排除されていません。スーパーボイドは CMB に測定可能な影響を与える可能性があるように見えるため、興味深いままです。^{[9] [15] [16]}

2015年の研究では、直径18億光年で銀河から30億光年離れたコールドスポットの方向に中心があり、コールドスポットと関連している可能性が高いスーパーボイドの存在が示されています。^[11]これにより、これは検出されたボイドの中で最大のものであり、知られている最大の構造の1つになります。^{[17] [注2]その後の}ザックス-ウルフ効果の測定でも、その存在の可能性が示されています。^[18]

宇宙には大きな空隙があることが知られているが、コールドスポットを説明するには、その空隙は並外れて大きく、予想される典型的な空隙の 1,000 倍の容積になる必要がある。その空隙は 60 億～ 100 億光年離れており、直径は 10 億光年近くになる。WMAPコールドスポットが原始 CMB に発生する可能性よりも 、大規模構造に発生する可能性はさらに低いだろう。

2017年の研究^[19]では、視線方向の関連する空隙がCMBコールドスポットの原因となったという証拠は示されなかったと報告され、代わりに原始的な起源を持つ可能性があると結論付けられました。

後期に統合されたサックス・ウルフ効果を確認または排除するための重要な点の1つは、その領域内の銀河の質量プロファイルです。ISW効果は、銀河の質量プロファイルとタイプに依存する銀河バイアスの影響を受けるためです。^{[20] [21]}

2021年12月、ダークエネルギーサーベイ（DES）はデータを分析し、エリダヌス超空洞とCMBコールドスポットの相関関係に関するさらなる証拠を提示した。^{[22] [23]}

2007年後半、( Cruz et al. ) ^[24]は、コールドスポットは宇宙の初期段階における 相転移の名残である宇宙の組織によるものである可能性があると主張した。

ローラ・メルシニ＝ホートンによる議論を呼んでいる主張は、これは我々の宇宙の外にある別の宇宙の痕跡である可能性があり、宇宙のインフレーションによって分離される前の宇宙間の量子もつれによって引き起こされたものであるというものである。^[3]ローラ・メルシニ＝ホートンは「標準的な宇宙論ではこのような巨大な宇宙の穴を説明できない」と述べ、WMAPコールドスポットは「…我々の宇宙の端を超えた別の宇宙の紛れもない痕跡である」という仮説を立てた。これが本当であれば、これは並行宇宙の最初の経験的証拠となる（並行宇宙の理論モデルは以前から存在していたが）。また、弦理論も裏付けるものとなるだろう。^[要出典]研究チームは、その理論には検証可能な結果があると主張している。平行宇宙説が正しいとすれば、天球の反対側の半球にも同様の空洞が存在することになる^{[25] [26]}（ニューサイエンティスト誌は南天半球にあると報告しているが、ニューメキシコのアレイ研究の結果では北天半球にあると報告されている）。^[3]

他の研究者は、コールドスポットはインフレーション以前の宇宙の泡の衝突の結果である可能性があるとモデル化している。^{[27] [28] [19]}

高度な計算分析（コルモゴロフ複雑性を使用）により、衛星データに北と南のコールドスポットが存在する証拠が導き出されました。^[29]「...ランダム性が高い領域の中には、南の非ガウス異常であるコールドスポットがあり、空隙の層化が予想されます。その対応物である、他の低温領域とほぼ同じランダム性特性を持つ北のコールドスポットの存在が明らかになりました。」

これらの予測やその他の予測は、測定前になされたものである（ローラ・メルシーニを参照）。^[要出典]しかし、南冷点を除けば、さまざまな統計的手法は一般に、北冷点に関しては互いに確認できていない。^[30]北冷点を検出するために使用された「Kマップ」は、標準モデルで測定されたランダム性の2倍の測定値を持つことが注目された。この差は、ボイドによってもたらされたランダム性によって引き起こされたと推測されている（説明されていないボイドが、標準モデルよりもランダム性が増加した理由であると推測されている）。^[31]

コールドスポットが異常なのは、周囲の比較的高温のリングに比べて目立つためである。スポット自体の大きさと冷たさだけを考えれば、異常なことではない。^[6]より技術的には、その検出と重要性は、メキシカンハットウェーブレットのような補正フィルターを使用して見つけるかどうかにかかっている。^[要出典]

• エリダヌス座の大空洞 (WMAP コールド スポット)
• 宇宙にぽっかりと開いた穴が見つかる、デイリーテック
• 宇宙に巨大な穴が発見される、Space.com、2007-08-23
• 専門家によると、空にぽっかりと開いた「穴」が見つかった、ナショナルジオグラフィックニュース
• BBC ニュース: 巨大な「宇宙の無」が発見される。BBCニュース、2007-08-24