アルノ・ペンツィアスの訃報 | 天文学

90歳で亡くなったアメリカの天体物理学者でノーベル賞受賞者のアルノ・ペンジアスは、20世紀最大の宇宙論的啓示の一つ、つまりビッグバンの残留放射である宇宙マイクロ波背景放射の発見に責任を負った。

彼は 1965 年に共同研究者のロバート・ウィルソンとともに初めてその存在を実証し、その 5 年後にウィルソンともう一人の天体物理学者キース・ジェファーツとともに星間一酸化炭素の存在を検出し、分子線天文学の分野を立ち上げました。

ペンジアスが宇宙マイクロ波背景背景を発見したとき、宇宙論はまだ不確実な状態にありました。 宇宙は均質でどの場所でも同じであり、等方性でどの方向でも同じであるというアインシュタインの提案は依然として有力であったが、決定的に実証されたわけではなかった。

アレクサンダー・フリードマンは、一般相対性理論の文脈の中でどのような宇宙史が可能であるかを示し、それらのほとんどは無限密度の状態に由来しており、英国の天文学者フレッド・ホイルは皮肉を込めてビッグバンと呼んだ。

初期のビッグバン宇宙の特性は、エドウィン・ルメートル、ジョージ・ガモフ、ソ連の宇宙論者ヤコフ・ゼルドビッチによって調査されており、ガモフとゼルドビッチの共同研究者らは、熱いビッグバン段階からの遺物の背景放射が残っているはずだと予測していた。

4080 MHz の周波数で 3.5K の等方性過剰バックグラウンド放射を発表した、ペンジアスとウィルソンによる 1965 年の簡潔な 1 ページの論文は、爆発的な影響を与えました。 ほとんどの宇宙学者にとって、これは宇宙が本当に熱いビッグバンで始まったことを証明し、ホイルの定常状態理論の終わりの始まりとなった。

シカゴの宇宙学者マイケル・ターナーはこう述べています。「宇宙マイクロ波背景放射の発見により、宇宙論は一握りの天文学者の領域から、ほぼ一夜にして物理学の『立派な』分野に変わりました。」

ペンジアスはドイツのミュンヘンで、皮革業を営むジュスティン（旧姓アイゼンライヒ）とカール・ペンジアスの息子として生まれました。 1938 年にポーランドへの強制送還をかろうじて免れた 6 歳のアルノ君と 5 歳の弟グンター君は、1939 年にキンダートランスポートを通じてイギリスに避難しました。この作戦により、数万人のユダヤ人の子供たちが救われました。

彼の両親もなんとか英国にたどり着き、身元引受人となった見知らぬユダヤ系アメリカ人のおかげで、1940年に一家は米国への入国を許可された。 彼らはニューヨーク州ブロンクスに定住し、両親はアパートの管理人を務めて住居を確保した。

ペンジアスは1951年にブルックリン工業高校を卒業し、化学を学ぶためにニューヨーク市立大学に入学し、その後物理学に転向した後、1954年に卒業し、その年にハンター大学の学生アン・バラスと結婚した。

米国陸軍信号隊のレーダー士官として 2 年間勤務した後、コロンビア大学の放射線研究所で研究助手として働き始め、当時マイクロ波物理学に深く関わっていました。 彼は、原子時計で使用される非常に正確な周波数のマイクロ波放射を生成および増幅する装置であるメーザーの発明で後にノーベル賞を受賞したチャールズ・タウンズの下で働きました。

ペンジアスは 1956 年にコロンビア大学の大学院生として入学し、1962 年に物理学の博士号を取得した後、ニュージャージー州ホルムデルのベル研究所の放射物理学グループで商業部門に移りました。

そこで彼は特に、エコー実験用に作られた大型のマイクロ波ホーンアンテナを利用したいと考えていました。このアンテナでは、フランスにある同様のアンテナから無線信号が送信され、月で反射され、ニュージャージーで受信されました。

ウィルソンとチームを組んで、彼は 2 つの実験に着手しました。1 つは天の川の電波スペクトルを測定することで、もう 1 つは強力な電波を放射する超新星であるカシオペア A の絶対光束を測定することでした。

ペンジアスとウィルソンはすぐに、ベル研究所のエンジニアにはよく知られている問題、つまりホーンアンテナが驚くほどノイズが多いという問題に直面しました。 問題の 1 つは、ハトが角の中に巣を作っており、その結果、アンテナがペンジアス氏が繊細に表現した「白い誘電体」で覆われていることだった。

物質とハトの両方が取り除かれ、その後アンテナが分解され、接合部が良好な電気的接触を有することを確認するために再組み立てされ、同時にアンテナの上空に送信機を備えたヘリコプターを飛行させることによってホーンの応答が校正された。 しかし、あらゆる努力にもかかわらず、アンテナがどの方向を向いていても同様のバックグラウンドノイズが依然として残りました。

この時点で彼らは幸運に恵まれた。 ペンジアス氏は、プリンストン近郊の電波天文学者バーニー・バーク氏との電話での会話の中で、この騒音について言及した。 バーク氏は、ロバート・ディッケ率いるプリンストン大学の科学者グループがマイクロ波背景放射を探す装置を構築していると語った。 思いついた瞬間に、ペンジアスは、自分が取り除くことができなかったヒスノイズが、実はプリンストン大学の科学者たちが探していた宇宙マイクロ波背景波であることに気づきました。

その後、ペンジアスとウィルソンは1ページの論文を書き、ディッケ、ジム・ピーブルズ、ピーター・ロール、デイビッド・ウィルキンソンの論文と並行して出版され、マイクロ波背景放射は初期宇宙の熱いビッグバン段階の予期された遺物であると説明した。

その後、ペンジアスとウィルソンはベル研究所の高感度マイクロ波受信機をアリゾナ州のキットピークミリ波望遠鏡に持ち込み始め、1970年に彼らはジェファーツとともにオリオン星形成雲中の星間一酸化炭素分子の検出を発表した。 1年以内にペンジアス、ウィルソン、その他の共同研究者らはさらに6個の星間分子を発見し、1976年までに30個以上が発見された。 現在その数は233となっています。

新しい星が形成される塵とガスの密な雲では、ガスは他の多くの分子とともに水素分子の形をしています。 ペンジアスの星間分子の発見により、ガスの物理的状態が調査され、雲の複雑な化学がモデル化される分子線天文学の発展が可能になりました。

1967 年から 1985 年の間、ペンジアスはプリンストン大学とパートタイムで提携し、そこで博士課程の学生を指導しました。 ベル研究所では、1976 年から 1979 年まで電波物理学研究所の所長を務め、1981 年から 1995 年まで AT&T ベル研究所の研究副所長を務めました。1978 年にウィルソン氏とノーベル物理学賞を共同受賞しました。

ペンジアス氏とアン氏の結婚生活は 1995 年に離婚に終わり、同年、ペンジアス氏はカリフォルニアに移り、ベル研究所のスピンオフ会社ルーセント テクノロジーズの主任研究員になりました。 1998 年に退職すると、シリコンバレーのベンチャーキャピタル会社に入社し、小規模な新興企業にアドバイスを提供しました。

1996年にシリコンバレーの幹部シェリー・レビットと結婚した。

彼女は、彼の最初の結婚からの3人の子供、シェリーの前の関係からの2人の子供、12人の孫、そしてガンサーとともに生き残った。