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宇宙の始まりと終わり

宇宙は絶対零度なのか、宇宙の温度は約2.7度

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ハッブル宇宙望遠鏡が撮ったブーメラン星雲
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）。

宇宙は絶対零度（マイナス273.15℃）だと思われがちです。でも、どの方向にも満ちているビッグバンの名残の光の温度は2.725K、約マイナス270℃で、絶対零度より約2.7度高いのです。しかも宇宙には、これより冷たい場所も、100万度のガスもあります。

3行でわかる

  1. 宇宙を満たす光（宇宙マイクロ波背景放射）の温度は2.72548K（約−270.4℃）。COBE衛星の観測装置FIRASなどで精密に測られた。
  2. 宇宙の温度は場所で大きく違う。天の川銀河の星の間のガスは、10Kほどの冷たい雲から約100万Kの熱いガスまである。ブーメラン星雲は約1Kで、背景の光より冷たい。
  3. 宇宙に置いた物の温度は、日なたか日かげかで決まる。国際宇宙ステーションの外側は、日なたで約+121℃、日かげで約−157℃になる。

01 わかっていること宇宙は絶対零度なの？

いいえ。星も銀河もない方向を見ても、ビッグバンの名残の光が満ちていて、その温度は2.72548Kです。絶対零度（0K）より約2.7度高く、セ氏では約−270.4℃です。

K（ケルビン）は、絶対零度を0とする温度の目盛りです。1Kの差は1℃の差と同じ大きさで、0Kは−273.15℃にあたります。

宇宙が絶対零度にならないのは、ビッグバンの名残の光（宇宙マイクロ波背景放射）が、宇宙のどこにも満ちているからです。この光は、熱い物が出す光と同じ性質を持ち、その形から温度が決まります[1][2]。

ただ「宇宙の温度」は1つではありません。光の温度、星の間のガスの温度、宇宙に置いた物の温度は、それぞれ違うものです。

02 どうやってわかったのか宇宙の温度はどうやって測ったの？

人工衛星COBEの観測装置FIRASで、名残の光の色ごとの強さを測り、熱い物が出す光とほぼ完全に一致することから温度を決めました。ほかの場所の温度は、ガスが出す光の特徴から測ります。

わかっているFixsenら（1996年）、Fixsen（2009年、The Astrophysical Journal）[1][2]

名残の光の温度は2.728K（1996年）、その後の測定をまとめて2.72548K（誤差0.00057K）と求められました。理想的な熱い物の光からのずれは、ピークの強さの0.005％未満でした。

どうやって: COBE衛星のFIRASは、空から来る光と、温度のわかった基準の光を比べる装置です。2009年の研究は、WMAP衛星のデータでFIRASを較正し直し、ほかの測定と合わせました。

わかっているSrianandら（2000年、Nature）[3]

遠い宇宙（赤方偏移2.34、宇宙が今の約3分の1の大きさだったころ）で、名残の光の温度は6.0K〜14Kでした。ビッグバン理論の予測9.1Kと合い、昔の宇宙は今より温かかったことが初めて観測で示されました。

どうやって: 遠いクエーサーの光が途中のガスを通るとき、炭素の原子が光に温められている度合いを測りました。

わかっているFerrière（2001年、Reviews of Modern Physics）[4]

天の川銀河の星の間のガスは、温度で5つに分けられます。分子の雲は10〜20K、冷たい原子のガスは50〜100K、温かいガスは6000〜1万K、熱いガスは約100万Kです。

どうやって: 電波やX線など、いろいろな観測の結果をまとめた総説です。熱いガスは1立方センチに約0.0065個の原子しかなく、とても薄いガスです。

わかっているSahaiら（1997年、2013年、The Astrophysical Journal）[5][6][7]

ケンタウルス座の方向、約5000光年先のブーメラン星雲のガスは、名残の光（約2.7K）より冷たいことがわかりました。NASAの発表では約1Kで、知られている中で宇宙でいちばん冷たい場所です。

どうやって: 一酸化炭素のガスが、背景の名残の光を吸い込んでいる様子を電波望遠鏡で捉えました。死にかけの星が秒速約164kmでガスを吹き出し、広がりながら冷えていると考えられています。

03 数字と例えでいうと場所によって、どれくらい温度が違う？

宇宙の温度は、約100万Kの薄いガスから約1Kのブーメラン星雲まで、場所によって100万倍もの差があります。地球の実験室では、宇宙より冷たい温度が作られています。

場所温度身近な例えでいうと
名残の光が出たころの宇宙約3000K（計算）赤方偏移約1090から計算。温度は宇宙の大きさに反比例して下がってきた[8]
天の川銀河の熱いガス[4]約100万Kとても熱いが、原子の数は地上の空気の約4×10の21乗分の1（計算）という、とても薄いガス
国際宇宙ステーションの外側[9]日なた 約+121℃／日かげ 約−157℃温度は太陽の光に当たるかどうかで決まる
分子の雲（星が生まれる場所）[4]10〜20K約−263〜−253℃
ビッグバンの名残の光[2]2.72548K約−270.4℃。絶対零度より約2.7度高い
ブーメラン星雲[7]約1K約−272℃。背景の光より冷たい
地球の実験室の記録[10]約38ピコK相当1Kの約260億分の1（計算）。原子の集まりの動きのエネルギーを温度に直した値

セ氏への換算は「K − 273.15」で計算しました。地上の空気は1立方センチに原子・分子が約2.5×10の19乗個として比べています。

04 まだわかっていないこと宇宙の温度で、まだわからないことは？

宇宙がこの先どこまで冷えていくのかは、宇宙の膨張がどう進むかによって変わり、まだ決まっていません。ブーメラン星雲より冷たい場所があるかもわかっていません。

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06よくある質問

宇宙の温度は何度？

宇宙を満たすビッグバンの名残の光の温度は2.72548K、セ氏で約−270.4℃です（Fixsen 2009年）。ただし場所によって大きく違い、天の川銀河の星の間には約100万Kの薄いガスもあります。

宇宙は絶対零度ではないの？

絶対零度ではありません。何もない方向にも、ビッグバンの名残の光が満ちていて、その温度が約2.7Kだからです。絶対零度は−273.15℃で、宇宙の背景の温度はそれより約2.7度高い温度です。

宇宙でいちばん寒い場所はどこ？

知られている中では、ケンタウルス座の方向、約5000光年先のブーメラン星雲です。NASAの発表では約1K（約−272℃）で、宇宙を満たす名残の光より冷たい温度です。

宇宙ステーションの外は何度？

ESAによると、国際宇宙ステーションの外側は、日なたで約+121℃、日かげで約−157℃の間を行き来します。宇宙では、物の温度は太陽の光に当たるかどうかで大きく変わります。

昔の宇宙は今より熱かったの？

はい。宇宙は広がりながら冷えてきました。遠い宇宙の観測では、宇宙が今の約3分の1の大きさだったころ、名残の光の温度は6.0〜14Kで、予測の9.1Kと合っていました（Srianandら 2000年）。

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出典

  1. Fixsen, D. J. et al. (1996). The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS Data Set. The Astrophysical Journal 473, 576–587. https://doi.org/10.1086/178173
  2. Fixsen, D. J. (2009). The Temperature of the Cosmic Microwave Background. The Astrophysical Journal 707, 916–920. https://doi.org/10.1088/0004-637X/707/2/916
  3. Srianand, R., Petitjean, P., Ledoux, C. (2000). The cosmic microwave background radiation temperature at a redshift of 2.34. Nature 408, 931–935. https://doi.org/10.1038/35050020
  4. Ferrière, K. M. (2001). The interstellar environment of our galaxy. Reviews of Modern Physics 73, 1031–1066. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.73.1031
  5. Sahai, R. & Nyman, L.-Å. (1997). The Boomerang Nebula: The Coldest Region of the Universe? The Astrophysical Journal 487, L155–L159. https://doi.org/10.1086/310897
  6. Sahai, R. et al. (2013). ALMA Observations of the Coldest Place in the Universe: The Boomerang Nebula. The Astrophysical Journal 777, 92. https://doi.org/10.1088/0004-637X/777/2/92
  7. NASA JPL (2013). Ghostly Specter Haunts the Coldest Place in the Universe（2013年10月25日発表）. https://www.jpl.nasa.gov/news/ghostly-specter-haunts-the-coldest-place-in-the-universe/
  8. Planck Collaboration (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics 641, A6. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910
  9. ESA (2026). Bathed in sunlight（ESA宇宙飛行士ソフィー・アドノの撮影と説明）. https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2026/07/Bathed_in_sunlight
  10. Deppner, C. et al. (2021). Collective-Mode Enhanced Matter-Wave Optics. Physical Review Letters 127, 100401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.100401