研究: ハッブル定数の矛盾する値は測定誤差によるものではない

天文学者らは、ハッブル宇宙望遠鏡とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータを組み合わせて、宇宙の膨張速度を示すハッブル定数の新たな測定を行った。 The Astrophysical Journal Lettersに掲載された最近の論文によると、彼らの結果は、ハッブルによる定数の値の初期の測定の精度を確認し、「ハッブル張力」として知られるさまざまな観測方法によって得られた値の長年にわたる不一致を意味するものでした。

科学者たちが宇宙は静止していると信じていた時代がありましたが、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって状況は変わりました。 アレクサンダー・フリードマンは 1922 年に宇宙が実際に膨張している可能性を示す一連の方程式を発表し、後にジョルジュ・ルメートルも同様の結論に達するために独立した導出を行った。 エドウィン ハッブルは 1929 年に観測データでこの膨張を確認しました。これに先立ち、アインシュタインは理論から静的な宇宙を得るために宇宙定数を追加することで一般相対性理論を修正しようとしていました。 伝説によると、ハッブル発見後、彼はその努力を最大の失敗だったと語った。

以前に報告されたように、ハッブル定数は、キロメートル毎秒/メガパーセクの単位で表される宇宙の膨張の尺度です。 したがって、毎秒、宇宙の各メガパーセクは一定のキロメートルずつ膨張します。 これを別の方法で考えると、1 メガパーセク離れた比較的静止した物体に関して考えることができます。つまり、1 秒ごとに数キロメートル離れていきます。

何キロ? それが問題です。 科学者がハッブル定数を測定するために使用する方法は基本的に 3 つあります。1 つは近くの物体を観察してその速度を確認する方法、ブラック ホールや中性子星の衝突によって生成される重力波、そしてビッグバンの残光の小さな偏差を測定する方法です。宇宙マイクロ波背景放射 (CMB)。 ただし、さまざまな方法で異なる値が得られます。 たとえば、遠く離れた超新星を追跡すると 73 km/s Mpc の値が得られましたが、プランク衛星を使用した CMB の測定では 67 km/s Mpc の値が得られました。

ちょうど昨年、研究者らは、重力レンズ超新星の挙動を追跡することによって、宇宙の膨張に関する3番目の独立した測定を行った。超新星では、巨大な物体によって引き起こされる時空の歪みが、背景の物体を拡大するレンズとして機能する。 これらのモデルの最良適合はすべて、CMB から導出されたハッブル定数の値をわずかに下回る結果となり、その差は統計誤差の範囲内に収まりました。 他の超新星の測定から得られた値に近い値は、データへの適合度がかなり悪かった。 この方法は新しいものであり、かなりの不確実性がありますが、ハッブル定数を取得する独立した手段を提供しました。

「宇宙マイクロ波背景放射の情報を使用してそれを測定し、1つの値を得た」とアルスサイエンス編集者のジョン・ティマー氏は書いている。 「そして、現在の宇宙にある物体までの見かけの距離を使用してそれを測定したところ、約10パーセント異なる値が得られました。誰もが知る限り、どちらの測定にも問題はなく、それを確認する明白な方法もありません」彼らに同意してもらいます。」 1つの仮説は、初期の宇宙が反発重力（暗黒エネルギーの概念に似ています）によるある種の「キック」を一時的に経験し、その後不思議なことに電源が切れて消滅したというものです。 しかし、それは物理学者にとって潜在的に刺激的なものであるとはいえ、依然として推測的なアイデアです。

この最新の測定は、ハッブルによる膨張率の測定が、少なくとも「宇宙距離のはしご」の最初の数段については正確だったという、ウェッブのデータに基づく昨年の確認に基づいている。 しかし、特により遠くの星の明るさを測定する場合、宇宙をより深く（つまり、さらに遡って）調べれば調べるほど、まだ検出されていない誤差が増加する可能性がまだありました。

そこで新しいチームは、1 億 3,000 万光年離れた 5 つの主銀河に合計 1,000 個のセファイド変光星を追加観測し、それらをハッブル データと関連付けました。 ウェッブ望遠鏡は、ハッブル自身の星々の画像をよりぼやけて重なりさせている星間塵を越えて見ることができるため、天文学者は個々の星をより簡単に区別できるようになりました。

その結果、ハッブル データの精度がさらに確認されました。 共著者でチームリーダーのジョンズ・ホプキンス大学物理学者アダム・リース氏は、「われわれはハッブルが観測した範囲全体を網羅しており、ハッブル張力の原因としての測定誤差を非常に高い自信を持って除外することができる」と述べた。大学。「ウェッブとハッブルを組み合わせることで、両方の長所が得られます。 宇宙距離のはしごに沿ってさらに登るにつれて、ハッブル測定の信頼性が保たれていることがわかります。 測定誤差が否定されると、残るのは、私たちが宇宙を誤解していたという現実的で刺激的な可能性です。」

The Astrophysical Journal Letters、2024 年。DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (DOI について)。