新しい理論によると、最大スケールでは重力が弱くなる

Eインシュタインの重力理論は現代宇宙論の基礎です。 それは何度もテストされ、正しいことが証明されており、1919 年にアーサー・エディントンによって検出された重力レンズや水星の軌道で観察された異常から、銀河の赤方偏移や重力波に至るまで、数え切れないほどの宇宙現象の発見によって裏付けられています。 一般相対性理論 (アインシュタインの重力理論にその正式名を与える) は、これらすべてを正確に予測しました。

しかし、最も遠い銀河がほぼ光の速度で遠ざかる「宇宙の地平線」付近の天体観測は、重力が非常に大きなスケールでは異なる作用をする可能性があることを示唆している。 現在、一部の科学者は、アインシュタインの重力理論は、彼の方程式に簡単な「脚注」を追加することで改善できると提案していますが、これは重力の科学的理解における「宇宙的な欠陥」に相当します。

宇宙学者ニアエシュ・アフショルディは、新しい研究論文の上級著者であり、 宇宙論と天体粒子物理学ジャーナル、 それは、この「宇宙のグリッチ」モデルをアインシュタインの重力理論の拡張として説明しています。 彼と彼の同僚は、脚注は観察された大規模な矛盾を説明するだけでなく、最良の理論の予測が天文観測と一致しないという天文学における他の「緊張」を緩和するのにも役立つ可能性があると示唆しています。宇宙の割合と銀河の超銀河団の多さ。

宇宙グリッチ モデルは、アインシュタインの重力に対する理論的な挑戦から派生しました。

カナダのウォータールー大学の天体物理学教授でペリメーター研究所の研究員でもあるアフショーディ氏は、「観測の観点から見ると、こうした異常は10年以上前からデータに存在している」と語る。

科学者たちはここ数十年にわたり、アインシュタインの重力を観測結果によりよく適合させるために修正する試みを何十回も行ってきた。 その 1 つは、インペリアル・カレッジ・ロンドンの理論物理学者、クラウディア・デ・ラムによって提唱された「大重力」理論です。 もう 1 つは、修正ニュートン力学を適用し、暗黒物質理論の代替として開発された MOND です。 さらに、初期の暗黒エネルギー理論がいくつかあり、宇宙の膨張を引き起こすと考えられていた暗黒エネルギーは、ビッグバン後の最初の 10 万年間ではるかに強かったと主張しています。

データの不一致によって動かされるこれらの他の理論とは異なり、宇宙グリッチモデルは、ここ数十年で開発されたアインシュタイン重力に対する特定の基本的な理論的課題から導き出されたものである、とアフショーディ氏は言う。 これらの課題には、量子重力が高エネルギーでは異なる働きをするという考えであるホザヴァ・リフシッツの提案や、アインシュタインが排除しようとした「エーテル」の動的形態を再導入するアインシュタイン・エーテルの枠組みが含まれます。

「これはトップダウンのアプローチです」とアフショーディは宇宙グリッチ理論について言う。 この理論が、2009年から2013年にかけて宇宙マイクロ波背景放射を研究したプランク宇宙望遠鏡からの観測データと一致するかどうかを確認することにしたのは、これらの理論的問題を調整する理論を開発した後でした。

アフショーディ氏は、その結果は驚くべきものだったと語る。

アインシュタインの場方程式（一般相対性理論の中核となる数学方程式）における重力定数の通常の値は、宇宙で観測されたほぼすべてのことを正確に説明できると彼は言う。 しかし、宇宙論的地平線で得られた観測に関連する場方程式では、重力定数に別の値が必要とされるようです。

アフショーディ氏の同僚で共著者のロビン・ウェン氏によると、ウォータールー大学を最近卒業し、現在はカリフォルニア工科大学の博士課程の学生であるロビン・ウェン氏によると、その影響は数十億光年にわたる距離で重力が約1パーセント弱くなるという。

研究者らは、宇宙グリッチモデルを適用すると、天文学における 2 つの重要な緊張も軽減されることを発見しました。 最も注目に値するのは、有名なハッブル張力です。これは、宇宙の膨張率を表す数値であるハッブル定数の値の不一致です。 宇宙マイクロ波背景放射の観測ではハッブル定数の 1 つの値が生成されますが、遠方の銀河の「標準キャンドル」超新星に基づく観測では別の値が生成されます。 宇宙グリッチモデルはまた、宇宙における銀河超銀河団の予期せぬ存在量を測定する「クラスタリング張力」の重要な要素も低減する。

しかし同時に、宇宙グリッチ モデルはバリオン音響振動 (BAO) の予測精度を悪化させます。BAO は事実上、銀河間の平均距離に「波紋」を生じさせます。これは、銀河の形成中に発生した圧力波によって引き起こされたと考えられます。初期の宇宙。 しかし著者らは、より良いモデリングと観察によってBAOの不一致が改善されることを期待している。

アフショーディ氏によると、今後数年間にCMBステージ4天文台とユークリッド宇宙望遠鏡は、宇宙波背景波と100億光年にわたる数十億の銀河の新たな観測結果を収集する予定だが、その精度は従来の4倍であるという。アフショーディと彼の同僚が計算に使用したもの。

もし宇宙のグリッチがそこにあるなら、それを明らかにするにはそれだけで十分だろう、と彼は言う。

リード画像: Master1305 / Shutterstock

• トム・メットカーフ

  投稿日: 2024 年 5 月 15 日

  Tom Metcalfe はロンドンを拠点とする科学ジャーナリストで、主に宇宙、エネルギー、考古学、地球、海洋について執筆しています。 彼はこう書いています サイエンティフィック アメリカン、ナショナル ジオグラフィック、ライブ サイエンス、NBC ニュース、BBC ニュース、 その他。

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