宇宙の始まりと終わり

宇宙の年齢138億年はどうやって測ったのか

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Like a whirl of shiny flakes sparkling in a snow globe, the NASA/ESA Hubble Space Telescope catches an instantaneous glimpse of many hundred — Photo: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) / Public domain / Wikimedia Commons

AIによる調査論文と公的機関の資料をAIが調べ、内容を確かめて整理しました（出典は末尾）。

宇宙は138億歳だと言われます。でも、宇宙の誕生を見ていた人はいません。それでも年齢がわかるのは、宇宙が広がる様子を逆にたどれるからです。しかも、まったく別の方法で測った星の年齢とも答えが合っています。

3行でわかる

プランク衛星の観測から、宇宙の年齢は137.87億年（誤差は前後2000万年）と求められています。
最も古い星の集まりは約133億歳で、宇宙より若く、別の方法でもつじつまが合います。
ただし宇宙が広がる速さは測り方で約8%食い違い、その理由はわかっていません。

01 わかっていること宇宙の年齢はどれくらい正確にわかっている？

宇宙の年齢は137.87億年で、誤差は前後0.2億年です。プランク衛星の観測を、いまの標準的な宇宙のモデルに当てはめて求めた値で、誤差は約0.15%しかありません。

年齢は、ものさしで直接測ったものではありません。宇宙が広がる速さと、中身（物質など）の割合がわかれば、広がりを逆回しにして始まりまでの時間を計算できます。

録画した映像を巻き戻すのに似ています。どれだけの速さで、どう減速・加速してきたかがわかれば、全部が1か所に詰まっていた時点までの時間がわかります。

02 どうやってわかったのか何を測って宇宙の年齢を出したの？

主な方法は、宇宙全体から届く電波（宇宙マイクロ波背景放射）の細かいむらの観測です。そこに、最も古い星の年齢という独立した確かめが加わっています。

わかっているプランク・コラボレーション（2020年、Astronomy & Astrophysics）[1]

宇宙の年齢は137.87億年（誤差0.20億年）。宇宙が広がる速さ（ハッブル定数）は秒速67.4キロ毎メガパーセクと求められました。

どうやって: 宇宙が約38万歳のときに出た光の、わずかな温度のむらを全天で測りました [4]。むらの大きさの分布から宇宙の中身の割合を決め、膨張を逆算しています。値は標準的なモデル（ΛCDMモデル）を前提にしています。

わかっているバルサンら（2020年、Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）[2]

最も古い球状星団（星がボール状に密集した集団）の平均年齢は約133億年。星ができるまでの時間を足すと、宇宙の年齢は約135億年（誤差は前後5億年ほど）で、プランクの値と矛盾しません。

どうやって: 星団の星の明るさと色の並び方を、星の一生の計算と比べて年齢を出しました。背景放射とはまったく別の方法です。

わかっていないリースら・SH0ESチーム（2022年、The Astrophysical Journal Letters）[3]

近くの銀河から測った広がる速さは秒速73.04キロ毎メガパーセク（誤差1.04）。プランクの予測とは、偶然では起きにくいとされる5σ（誤差の5倍）の差があります。

どうやって: 明るさが決まっている変光星（セファイド）と超新星を使い、42個の超新星がある銀河までの距離と遠ざかる速さを測りました。

03 数字と例えでいうと138億年とはどれくらいの長さ？

宇宙の歴史を1年に縮めると、1日は約3780万年にあたります。背景放射の光が出たのは元日の最初の約15分で、最古の星の集まりも1月のうちにできていたことになります。

項目	値	身近な例えでいうと
宇宙の年齢	137.87億年 ± 0.20億年 [1]	1年に縮めると、1日が約3780万年
年齢の誤差	約0.15% [1]	100歳の人の年齢を、前後2か月弱の精度で当てるくらい
最古の球状星団	約133億年 [2]	宇宙の誕生から5億年ほどあと。1年に縮めると1月中旬ごろ
広がる速さ（プランク）	67.4 km/s/Mpc [1]	326万光年先の銀河が、時速約24万キロで遠ざかる
広がる速さ（近くの銀河）	73.04 km/s/Mpc [3]	プランクの値より約8%速い

04 まだわかっていないこと宇宙の年齢でまだ謎なのは何？

最大の謎は、宇宙が広がる速さが測り方によって食い違う「ハッブル・テンション」です。測り方の見落としなのか、宇宙のモデルに足りないものがあるのか、決着していません。

広がる速さの食い違い（ハッブル・テンション）背景放射からは67.4、近くの銀河からは73.04と出ます [1][3]。ほかの条件が同じなら、広がる速さが速いほど、計算される宇宙の年齢は若くなります。
モデルが変われば年齢も動く137.87億年という値は、標準的なモデルが正しいという前提で出したものです [1]。食い違いの原因が新しい物理なら、年齢の値も少し変わる可能性があります。
星の年齢の誤差球状星団の年齢には、星の一生の計算に由来する前後5億年ほどの誤差が残っています [2]。

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06よくある質問

宇宙の年齢は誰も見ていないのに、なぜわかるの？

宇宙が広がる速さと、宇宙の中身の割合がわかれば、広がりを逆にたどって始まりまでの時間を計算できます。プランク衛星は宇宙マイクロ波背景放射の模様からこれらを決め、137.87億年と求めました。

宇宙より古い星はあるの？

今のところ、宇宙の年齢と矛盾するほど古い星は確かめられていません。最も古い球状星団（星が密集した集団）の年齢は約133億年と見積もられ、宇宙の年齢138億年より若く、つじつまが合っています。

ハッブル・テンションとは何？

宇宙が広がる速さ（ハッブル定数）が、測り方によって食い違う問題です。背景放射からは秒速67.4キロ毎メガパーセク、近くの銀河の観測からは73.04と出て、差は誤差では説明しにくい大きさです。原因はわかっていません。

出典

Planck Collaboration (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics 641, A6. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910
Valcin, D., Bernal, J. L., Jimenez, R., Verde, L. & Wandelt, B. D. (2020). Inferring the age of the universe with globular clusters. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2020(12), 002. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/12/002
Riess, A. G. et al. (2022). A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km/s/Mpc Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team. The Astrophysical Journal Letters 934, L7. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac5c5b
ESA (2013). Planck reveals an almost perfect Universe. https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Planck/Planck_reveals_an_almost_perfect_Universe