宇宙はどれくらいの速さで膨張しているのでしょうか?天文学者と理論家は同意できない

天文学界から最新ニュースが届きました。天文学者たちは、私たちが 本当に 私たちだけが何かを理解していない 疑わしい 彼らの何年もの観察が理論家の予測と衝突した後の別の研究では、私たちは理解できませんでした。そして、少なくとも私たちが何が間違っていたのかがわかったので、彼らの新しい測定結果が最終的にそれを理解するのに役立つことを期待できます。

私は何を話しているのでしょうか？そうですね、これは「ハッブル張力」と呼ばれるもので、宇宙の膨張速度についてどちらが間違っているかについての観測天文学者と理論宇宙学者の間の論争です。

今週『天体物理ジャーナル』誌に掲載された、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による新たな観測結果は、膨張速度が理論家が信じている速度よりも速いというこれまでの測定結果を裏付けるものとなった。

これで天文学者たちのスコアは 2-1 となり、理論家たちは説明する必要があります。

これを一歩ずつ見ていきましょう。

1929 年、アメリカの天文学者エドウィン ハッブルは、宇宙に点在する銀河が互いに遠ざかっており、遠ざかるほど速く移動しているという発見を発表しました。これは、遠く離れた銀河の間の空間が外側に伸びるにつれて、宇宙が膨張していることを示唆しています。

ハッブルの画期的な発見は、それ以来、ハッブル定数として知られる値を使ってその膨張がどれだけ速いかを決定しようとする科学者たちに挑戦を与えてきました。

1998 年に遡ると、2 つの独立した天文学者チームがハッブル宇宙望遠鏡からの画像を使用して、これまで不可能だった宇宙のさらに奥深くまで遡って観察しました。彼らは、驚くべきことに、非常に奇妙なことが起こっていることを発見しました。

彼らは、宇宙の膨張速度が時間の経過とともに増加していることを発見しました。これは、野球ボールを空中に投げると、それが地球に落ちずに加速して宇宙空間に向かっていくようなものでした。

こうして、暗黒エネルギーという概念が生まれました。これは、おそらく宇宙そのものを膨張させることによって、どういうわけか宇宙の膨張を加速させる神秘的な力です。

これらの逆説的な発見は、ビッグバン後の瞬間からの宇宙の膨張の物語を伝える宇宙の歴史と進化の数学的モデルである宇宙論の標準モデルにレンチを投げ込みました。

理論家たちは、暗黒エネルギーだけでなく、もう一つの神秘的な要素である暗黒物質を数学に喜んで統合しました。暗黒物質は、その計り知れない重力の影響が宇宙に広がる目に見えず検出できない宇宙論的現象です。

それは素晴らしい新しい理論でした。しかし、数学と宇宙からの観測は協力しません。

標準モデルでは、現代の宇宙は 1 メガパーセクあたり 1 秒あたり 67.4 キロメートル (km/s/Mpc) の速度で膨張していると予測されており、メガパーセクは 326 万光年の膨大な距離をカバーします。

しかし、モデルの良さは、黒板に書かれたものと同じです。

ハッブル望遠鏡は、比較的近くの銀河を観察することで宇宙の膨張速度を正確に測定し、2018 年には 72.8 km/s/Mpc というより高い速度を発見しました。

想像するに、このことが世界中の大学の物理学科の談話室で気まずい事態につながり、理論家や天文学者たちはそれらの数メガパーセクは大したことではないと必死に装っていたのだ。先ほども言いましたが、「ハッブル緊張」です。

2023 年、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡からの観測は、ハッブル宇宙望遠鏡の発見を裏付けるものであるように見えました。その後、2024 年 2 月に、同じチームが最初の発見を裏付けるさらに多くのデータを使用して研究を更新しました。言い換えれば、緊張は続いた。

これまでで最大のウェッブ観測サンプルと、ハッブル望遠鏡のデータを相互チェックするための 3 つの異なる方法を使用した最新の研究では、72.6 km/s/Mpc という非常に類似した値が得られました。

2 つの宇宙望遠鏡の発見は、測定誤差以外にも宇宙の膨張率に影響を与える何かが存在すること、そして宇宙に関する私たちの理論的理解が不完全であることを裏付けるものです。

これは理論家と天文学者の両方にとって良いニュースです。天文学者が正しくなったのは素晴らしいことだ。理論家たちは、科学の聖杯の 1 つである新しい物理学を探すことになります。これは、大まかに訳すと「黒板をきれいにしてください。さあ、勝負です！」と訳されます。彼らは自分たちの古い計算が間違っていたことを知っています。つまり、そこには新しい発見があるということです。

多くの場合、これが基礎科学の仕組みです。理論家と実験家は究極の真実を見つけるために右往左往しています。

これは日常生活からかけ離れた話に聞こえるかもしれません。そして、今年支払う税金には影響しませんが、私たちがどのようにしてここにたどり着いたのかという基本的な疑問に答えようとしています。そして、宇宙全体を形作る根本的な力を調査すると、将来に驚くべき影響を与える可能性のある新しい発見が得られることがあります。