宇宙はどのくらいの速さで膨張しているのでしょうか? 新しいデータで謎は解けない

宇宙論における未解決の大きな問題は、ハッブル張力です。 宇宙の膨張速度を測定する同様に有効な方法が 2 つありますが、それらは 2 つのまったく異なる推定値をもたらしました。 いくら計算を再確認したり改良したりしても、この緊張は消えませんでした。

最近発表された研究では、 王立天文協会の月次通知 (MNRAS) によると、ドイツと英国の科学者らは、宇宙を理解するために使用された私たちのモデルが間違っているという、緊張に対する根本的な説明を主導しました。

このモデルは、Λ 冷暗黒物質、または「ラムダ CDM」と呼ばれます。 これは、ビッグバンの後に残った放射線、宇宙内の銀河の配置、宇宙が膨張しているという事実など、宇宙のさまざまな特徴を説明する現在最も単純なモデルです。

しかし、宇宙学者は、ハッブル張力など、Λ CDM モデルでは説明できないことを説明できる、より優れた新しいモデルも探しています。 繰り返しの測定と計算により、ハッブル張力が存在し、それがデータの異常ではないことが確認されました。

MNRAS の後に発表された論文では、 天体物理学ジャーナルレター、別のグループは、宇宙の膨張を測定する2つの方法のうちの1つ、つまり緊張が本物であることを意味する、一部の科学者が疑っていた欠陥を反証しました。

今のところ、モデルに問題があるようです。

これらの結果は、今週ロンドンで開催される会議の背景にもなっている。そこでは宇宙論学者が集まり、このモデルが他の理由でも時代遅れになっているかどうかについて議論する予定だ。

私たちの宇宙は開いているのでしょうか、閉じているのでしょうか、それとも平らなのでしょうか?

私たちの宇宙は、約140億年前のビッグバン現象の後、膨張を始めました。 もしかしたら、永遠に衰えることなく拡大し続けるかもしれません。 そうなった場合、それは 開ける 宇宙。 しかし、銀河が及ぼす重力のせいで、ある時点で膨張が止まると、宇宙は崩壊して消滅する可能性があります。 閉まっている。

閉じた宇宙は、球のように空間が正の曲率を持っていると言われます。 そのような宇宙は、たとえ限界がなかったとしても有限です。 つまり、この宇宙では、私たちは「端」から落ちずに永遠に旅することができるのです。

開いた宇宙では、空間は逆方向にワープします。 つまり、サドルに似た負の曲率を持ちます。

これらの仮定の間には、別の可能性もあります。それは、宇宙は永久に膨張し続けるが、現在増加している膨張率は、重力のおかげで最終的には減少し始めるというものです。 この速度がゼロになるまでには無限の時間がかかるため、宇宙は膨張し続けますが、その速度はますます遅くなります。

この特別な近似により、平坦な宇宙が導き出されます。 そして多くの宇宙学者によれば、これが現時点での宇宙の状態です。

宇宙が平らであるということは、それが 2D の紙のようなものであるという意味ではありません。 平面とは、空間に 2 本の平行な線を描き始め、それを描き続けると、どこまで進んでも平行のままになることを意味します。 （球状や鞍状の空間では、線はどこかで交差します。）

ビッグバンの余韻

宇宙学者は、宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) の研究に基づいてこれを推測しました。 これは、宇宙全体に存在する光の粒子であるフォトンの海です。 それらはビッグバン、その残光の名残です。 科学者たちは、CMB の温度変化を測定し、複雑な三角法を使用してその大規模な特性を研究しました。 そして、曲率がほぼゼロであることがわかりました。

ウィルキンソン マイクロ波異方性プローブ (WMAP)、BOOMERanG、および「プランク」は、宇宙にある 3 つの望遠鏡です。 彼らは CMB を研究しており、そのデータは明らかです。観測可能な宇宙は平坦であり、誤差は 0.4% です。 2021年、アタカマ宇宙望遠鏡の研究者らは、天文データに基づいて、宇宙の空間が非平坦であるという証拠は見つからなかったと報告した。

これらの研究に基づいて、宇宙学者は宇宙がメガパーセクあたり毎秒約 68 キロメートル ((km/s)/Mpc) で膨張していると推定しています。 つまり、1 メガパーセク (326 万光年) 離れた物体は 68 km/s で遠ざかります。

宇宙の距離のはしご

CMB は宇宙の膨張を研究する 1 つの方法です。 もう 1 つは宇宙距離ラダーと呼ばれるもので、地球に近い、遠い、または非常に遠い物体までの距離を測定するために使用される一連の技術です。 特に天体の 1 つはセファイド変光星です。

2010 年にハッブル宇宙望遠鏡によって撮影されたセファイド変光星 RS パピス。 写真提供: NASA

セファイド変光星には、その明るさが時間の経過とともに予測可能な方法で変化するというユニークな特徴があります。 科学者は、セファイド変光星の明るさに基づいて、それがどれくらい離れているかを推定できます。 これを使用して、宇宙学者はさまざまなセファイド変数 (および他の同様の天体) に基づいて 73 (km/s)/Mpc と推定しました。

ハッブル対 JWST

これらの星を追跡する最良の方法は、星が発する近赤外線を利用することです。 可視光とは異なり、そのような放射線は間にある塵雲を通過して私たちに到達することができます。 場所によってはセファイド変光星も密集している可能性があります。

幸いなことに、NASA のジェームス ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は近赤外線の両方を追跡でき、空で互いに近い 2 つのセファイド変光星からの放射線を区別するのに十分な機器を備えています。

で発表された研究では、 天体物理学ジャーナルレター、研究者らは、NASAのこれまで最高の宇宙望遠鏡であるハッブルによって収集されたデータには、ハッブル張力を引き起こす測定値にいくつかの欠陥があるという懸念を確認しました。

彼らは、JWST によって記録されたセファイド変光星の 1,000 件以上の鮮明な観測結果を分析しました。 「JWST の優れた分解能は、近赤外線の変動の最大の原因であるクラウディング ノイズを打ち消します。 [brightness] ハッブル宇宙望遠鏡で測定された関係」と彼らは書いている。

最終的に、彼らは、「局所的な混雑」と「フィルターの選択」を補正した後でも、ハッブル望遠鏡とJWSTデータに基づく恒星の距離の推定値に「有意な差はない」ことを発見した。

要するに、ハッブル緊張は現実のものであり、その起源は謎のままです。

クドシア・ガニは、バラマラのパッタン政府学位大学物理学科の助教授です。