ジョージ・F・スムート：宇宙背景放射(COBE)研究でノーベル賞の宇宙物理学者

ジョージ・F・スムート：COBEで宇宙背景放射を解明し2006年ノーベル賞受賞、ビッグバンの証拠と精密宇宙論の礎を築いた軌跡を紹介。

ジョージ・フィッツジェラルド・スムート3世（1945年2月20日生まれ）は、アメリカの宇宙物理学・宇宙論の教授である。ジョン・C・メイザーとのCOBEの研究で2006年にノーベル物理学賞を受賞。COBEの開発により、ブラックホールや宇宙放射線を従来よりもはるかに正確に測定できるようになった。

この研究は、宇宙がかつて大きな爆発を起こしたというビッグバンの考えに新たな証拠を与えるものでした。この研究は、宇宙背景探査衛星（COBE）を用いて行われました。ノーベル賞委員会は次のように述べている。「COBEプロジェクトは、精密科学としての宇宙論の出発点とみなすこともできる」と述べている。

スムート教授は、カリフォルニア大学バークレー校の物理学科に勤務しています。2003年にはアインシュタイン・メダルを受賞しています。

補足と訂正：上記の一節にある「ブラックホールや宇宙放射線を従来よりもはるかに正確に測定できるようになった」という表現は誤解を招く可能性があります。COBE（Cosmic Background Explorer）は主に宇宙背景放射（CMB：Cosmic Microwave Background）のスペクトルと微小な温度ゆらぎ（異方性）を高精度に測定することを目的とした人工衛星であり、ブラックホールや宇宙線（高エネルギー粒子）の直接観測が目的の装置ではありません。以下でCOBEとスムート教授の業績を詳しく説明します。

COBEでの主な成果

COBEは1989年に打ち上げられ、同衛星に搭載された主な観測装置には、FIRAS（Far Infrared Absolute Spectrophotometer）と、DMR（Differential Microwave Radiometer）がありました。これらの装置により得られた重要な成果は次のとおりです。

• FIRASによるCMBスペクトルの測定：CMBのスペクトルがほぼ完全な黒体放射に一致することを示し、宇宙が非常に初期の熱平衡状態から進化してきたことを強く支持しました（CMBの温度は約2.725 Kに相当）。
• DMRによる温度異方性の検出：CMBに微小な温度ゆらぎ（典型的には数十マイクロケルビン、約30µK程度）が存在することを初めて確実に検出しました。これらのゆらぎは、現在観測される銀河や大規模構造の種（シード）であると解釈されます。

スムートの役割とその意義

ジョージ・スムートはCOBEのDMRチームを率い、温度異方性の観測・解析で中心的な役割を果たしました。DMRによる異方性の発見は、宇宙論が観測データに基づく「精密化」へ移行する契機となり、その後のWMAPやPlanckなどの後続ミッションによってさらに詳細に解析・確認されました。

研究の広範な影響

COBEの成果は以下の点で現代宇宙論に大きな影響を与えました。

• ビッグバン理論の強い実証支援：CMBが黒体スペクトルを持つことや初期ゆらぎの存在は、ビッグバン・標準宇宙論の主要な予測と一致します。
• 構造形成理論への寄与：CMBの異方性は、密度揺らぎが重力的に成長して現在の銀河や銀河団を形成したことを示す観測的基盤を提供しました。
• 観測宇宙論の時代の到来：COBEは「宇宙論を精密科学にする」出発点と位置づけられ、以後の観測と理論の高い精度のすり合わせが進みました。

略歴と所属

スムートは長年にわたりカリフォルニア大学バークレー校や関連研究機関で研究・教育に従事してきました。COBEでの研究成果以降も宇宙背景放射や観測宇宙論に関する研究を続け、後続の衛星観測や解析にも大きな影響を与えています。

受賞・栄誉

• 2006年：ジョン・C・メイザー（原文表記）との共同でノーベル物理学賞受賞（COBEによる宇宙背景放射の測定と異方性の発見に対して）。
• 2003年：アインシュタイン・メダル受賞。
• その他、学術団体や研究機関から多数の栄誉を受けています（代表的なものは上記）。

まとめると、ジョージ・F・スムートはCOBEを通じて宇宙背景放射の性質と微小ゆらぎを明らかにし、現代宇宙論の発展に決定的な貢献をした研究者です。その業績は、宇宙の起源と進化を観測的に理解するための基盤を築きました。

初期の人生

教育

スムート教授は、フロリダ州ユーコンで生まれました。1962年までオハイオ州アッパーアーリントンのアッパーアーリントン高校に通っていた。しばらく数学を学んだ後、マサチューセッツ工科大学に進学し、1966年に数学と物理の2つの学士号を、1970年に素粒子物理学の博士号を取得した。

スムートのいとこのオリバー・R・スムートもMIT（マサチューセッツ工科大学）で学び、ケンブリッジとボストンを結ぶハーバード橋のスムート測定で有名になった。スムート」の長さは、橋の上に360回以上もペンキで記され、毎年そこで塗り直されている。オリバーはその後、アメリカ国家標準化協会の会長を務めた。

初期の研究

スムート教授は、宇宙論の研究を始め、ローレンス・バークレー国立研究所に行き、ルイス・ウォルター・アルバレスと一緒に、高層気象観測気球で上層大気中の反物質を検出する実験「HAPPE」に取り組みました。

その後、1964年にアーノ・アラン・ペンジアスとロバート・ウッドロー・ウィルソンが発見した宇宙放射線のマイクロ波に興味を持ちました。この研究は、宇宙が何でできているかを示す新たな証拠となった。研究者の中には、宇宙は回転しているので、角度によってマイクロ波の温度が違って見えるのではないかと考えた人もいた。スムート教授は、アルバレス氏やリチャード・A・ミュラー氏の協力を得て、60度離れた2つの角度から温度の違いを測る放射計を開発した。この放射計をロッキードU-2機の上に載せて測定したところ、宇宙は回転していないという結果が出たようだ。しかし、空の片側でマイクロ波の温度に別の違いがあることを検出した。これを「ダイポールパターン」と呼び、地球の運動による「ドップラー効果」と名付けました。ドップラー効果とは、太陽や天の川が秒速600km近くで動いているために起こる現象です。これはグレートアトラクターの重力によるものだと考えられています。

COBE

放射計による測定では、空の片側がもう片側と違っていることがわかったが、空全体にたくさんの違いがあると予想されていたので、これは意外だった。スムートは1970年代後半に、ロッキード社の飛行機に搭載されていた検出器と同じような検出器を搭載した人工衛星を作ることをNASAに提案した。この検出器はより強力で、大気の影響を受けない。NASAはこの衛星に1億6,000万ドルを投じ、「COBE」と名付けました。COBE衛星は、スペースシャトル・チャレンジャー号の事故により打ち上げが遅れたが、11月18日に無事打ち上げられた。 1989.2年以上の歳月を経て、4月21日 1992COBEの研究チームは、衛星が探していた小さな違いを検出したと発表しました。これは、初期宇宙の研究において非常に重要なことでした。この研究は「宇宙誕生の証拠」となった。スムート教授はこう言った。"信仰心のある人なら、神を見ているようなものだ。"

COBEの製作には、1,000人以上の研究者やエンジニアなどが協力した。ジョン・メイザーは、プロジェクト全体とCOBEを実現するための実験を統括していた。ジョージ・スムートは、放射線のわずかな温度差の測定を担当した。

スムートは、サンフランシスコ・クロニクル誌のジャーナリスト、キー・デビッドソンと協力して、チームの活動をすべて紹介した『Wrinkles in Time』という本を書いた。ジョン・メイザーとジョン・ボスローは、『The Very First Light』という本の中で、COBEの話を詳しく書いている。マザーの本によると、スムート教授はNASAよりも先にCOBEのニュースを報道機関に伝えていたそうです。これにより、過去にスムートとメイザーの間に問題があったという。

最近の仕事

COBEの後、スムートは成層圏の気球を使った別の実験「MAXIMA実験」を手伝った。この気球では、COBEよりも優れた測定結果が得られたという。スムートは宇宙放射線の研究を続け、現在はCOBEの第3世代の衛星「プランク」の研究をしています。また、暗黒エネルギーを測定するための衛星、超新星/加速プローブ（SNAP）の設計にも取り組んでいる。また、遠赤外線背景放射の測定に関連して、スピッツァー宇宙望遠鏡のデータ解析を支援している。

COBEによって発見されたCMBの揺らぎの地図。

質問と回答

Q: ジョージ・フィッツジェラルド・スムート3世とは誰ですか?

Q: ジョージ・スムートは何のためにノーベル物理学賞を受賞したのですか?

Q: ジョージ・スムートの宇宙マイクロ波背景放射とCOBEに関する研究は、何を可能にしたのですか?

Q: ジョージ・スムートの研究は、ビッグバン説にどのような新しい証拠を与えたのでしょうか?

Q: ジョージ・スムートが研究に使った衛星は何ですか?

Q: ノーベル賞委員会は、ジョージ・スムートのCOBEでの研究についてどう評価しましたか?

Q: スムート教授は他にどのような賞を受賞していますか?

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