Cosmic Microwave Background

宇宙マイクロ波背景放射（CMB）は、ビッグバンから38万年後の再結合期に残された熱放射である。この時期に宇宙は約3,000 K以下に冷却し、陽子が電子を捕獲して初めて中性水素が形成された。その瞬間、宇宙は透明になり、それまでバリオン・光子プラズマに強く結合していた光子が空間を自由に伝播し始めた。今日、これらの光子はあらゆる方向から温度2.725 Kのほぼ完全な黒体スペクトルとして届き、温度揺らぎはわずか約30マイクロケルビン（10万分の1）にすぎない。この揺らぎのパワースペクトルは、分散D_l（マイクロケルビン二乗）を多重極モーメントl（lはおおよそ180度を角度スケールで割った値）に対してプロットしたもので、再結合前に高温プラズマ中を伝播した音波がそこで凍結されたことによって生じる一連の音響ピークを示す。

音響ピークの位置と振幅には精密な宇宙論パラメータが刻み込まれている。l ≈ 220（角度スケール約1度）における第一ピークは、宇宙が平坦な幾何学を持つことを確認する。空間が正の曲率を持てば第一ピークはより低いlへ、負の曲率を持てばより高いlへシフトする。第一ピークと第二ピークの振幅比は、バリオン密度を臨界密度の4.9%に制約する。これはバリオンがプラズマに慣性を加え、奇数番目のピークを偶数番目に対して抑制するためである。第二ピークと第三ピークの比はダークマターの割合を26.8%に固定する。ダークマターは音響振動に参加せず、それを駆動するポテンシャルの井戸を深める役割のみを担う。l ≈ 1000を超えると、シルク減衰（光子拡散による小スケール揺らぎの洗い流し）により指数関数的に抑制される。2018年のプランク共同研究チームによる観測（arXiv:1807.06209）は、ハッブル定数を67.4 km/s/Mpc、宇宙年齢を138億年に制約した。