ダークエネルギーは進化していますか？天体物理学者は可能性を考慮します

ダークエネルギー – 宇宙が増加する速度で拡大する原因となるものを説明するために使用される用語は、宇宙の最大の謎の1つです。最も広く受け入れられている理論は、現在、暗黒エネルギーが一定であり、空の空間のエネルギーが宇宙加速を促進することを示唆しています。

しかし、昨年、ダークエネルギー調査とダークエネルギー分光機器からの発見は、ダークエネルギーが実際に進化している可能性があることを示唆することにより、宇宙論コミュニティ内の興奮を引き起こしました。

「これは、ダークエネルギーが100年以上前にアインシュタインによって導入された宇宙論的定数ではなく、新しい動的な現象であるという最初の兆候です」と、天文学と天体物理学の名誉学教授であるジョシュ・フリマンは述べました。

で公開された新しい論文で 物理的なレビューd、FriemanとAnowar Shajibは、Uchicagoの天文学と天体物理学のNASAハッブルフェローシッププログラムのアインシュタインフェローであり、多数のプローブからの現在のデータを組み合わせて、進化するダークエネルギーの動的モデルが宇宙定数よりもデータをよりよく説明できることを発見しました。もしそうなら、彼らのモデルは、電子よりもはるかに少ない桁違いにある未発見の粒子がそこにあるかもしれません。

シカゴ大学は、ShajibとFriemanと、彼らの論文で説明されている新しいモデル、これらの結果の意味、そして次のことについて話しました。

なぜ宇宙の研究でダークエネルギーが重要なのですか？

Frieman：私たちは今、宇宙にどれだけの暗黒エネルギーがあるかを正確に知っていますが、それが何であるかについての物理的な理解はありません。最も単純な仮説は、それが空の空間そのもののエネルギーであるということです。その場合、それは時間的に不変であり、前世紀の初めにアインシュタイン、レマイトレ、デ・シッターなどにさかのぼる概念です。

宇宙の70％が何であるかはほとんどまたはまったく手がかりがないのは少し恥ずかしいことです。そして、それが何であれ、それは宇宙の将来の進化を決定します。

どのような最近の発見により、宇宙学者はダークエネルギーが進化している可能性があると考えるようになりましたか？

Shajib：1990年代の発見以来、いくつかの観察的矛盾を解決するためにダークエネルギーの動的な性質に関心がありましたが、最近まで、ほとんどの主要で堅牢なデータセットのほとんどは、標準として受け入れられている非進化する暗いエネルギーモデルと一致していました。

しかし、進化する暗黒エネルギーへの関心は、昨年、超新星、バリオンの音響振動、ダークエネルギー調査、ダークエネルギー分光機器、プランク実験の宇宙マイクロ波背景データの組み合わせから激しく再燃しました。このデータセットの組み合わせは、ダークエネルギーの標準的な非進化モデルと強い矛盾を示しています。

Frieman：これらの調査からのデータにより、宇宙の拡大の歴史を推測することができます。これは、過去の異なる時代で宇宙がどれだけ速く拡大しているかです。ダークエネルギーが時間内に進化する場合、その歴史はダークエネルギーが一定である場合とは異なります。

宇宙の拡大の歴史の結果は、過去数十億年ほどで、暗黒エネルギーの密度が約10％減少したことを示唆しています。

この研究の目標は何でしたか、そして全体的な調査結果は何でしたか？

Shajib and Frieman：この研究の目標は、 物理的な 最新のデータセットを使用してダークエネルギーを進化させるモデルと、この比較から暗黒エネルギーの物理的特性を推測します。

私たちの論文では、進化するダークエネルギーの物理ベースのモデルをデータに直接比較し、これらのモデルが現在のデータを標準の非進化するダークエネルギーモデルよりも優れていることがわかります。

また、Dark Energy Spectroscopic InstruceやVera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and TimeのVera Rubin Observatory Legacy Surveyなどの近距離調査は、これらのモデルが正しいか、代わりにダークエネルギーが実際に一定かどうかを明確に伝えることができることを示しています。

なぜあなたの研究の新しいモデルは、既存のモデルと比較して暗黒エネルギーの挙動をよりよく説明するのですか？

Frieman：これらのモデルは、軸と呼ばれる仮想粒子の粒子物理理論に基づいています。軸は、1970年代に物理学者によって最初に予測され、強力な相互作用の特定の観察された特徴を説明しようとしました。今日、axionsは暗黒物質のもっともらしい候補と見なされており、世界中の実験は、フェルミ・ラボやシカゴ大学の物理学者など、それらを積極的に探しています。

私たちの論文のモデルは、暗いエネルギーではなく暗黒エネルギーとして機能する異なる、超軽量バージョンの軸に基づいています。これらのモデルでは、実際、暗黒エネルギーは宇宙の歴史の最初の数億年間は一定になりますが、その後、a軸は進化し始めます。

したがって、データは、電子よりも約38桁軽量の新しい粒子の存在を示唆しています。

宇宙の拡大を理解するためのこれらの発見の意味は何ですか？

Shajib：これらのモデルでは、ダークエネルギー密度は時間とともに減少します。ダークエネルギーが宇宙の加速拡張の理由であるため、密度が低下すると、加速も時間とともに減少します。

宇宙の非常に遠い未来を考慮すると、暗いエネルギーの異なる特性は異なる結果につながる可能性があります。これらの結果の2つの極端なものは大きな裂け目であり、加速された膨張自体がすべてを引き裂き、原子と大きなクランチに加速します。そこでは、ある時点で宇宙が拡大し、再カラプスが繰り返されます。

私たちのモデルは、宇宙がこれらの極端な両方を回避することを示唆しています。それは何十億年もの間加速された拡大を受け、冷たく、暗い宇宙、つまり大きな凍結をもたらします。

これらの結果について最も興奮するものは何ですか？

Frieman：2003年にDark Energy Surveyに取り組み始めたとき、私たちの目標は、ダークエネルギーの特性を制約して、それが一定か変化しているかを判断することでした。

20年間、データは一定であることを示しました。データが一貫して仮定をサポートしていたため、私たちはその質問をほとんどあきらめました。しかし、今では20年以上にわたってダークエネルギーが変化している可能性があるという最初のヒントがあり、それが進化している場合、それは新しいものでなければなりません。これは基本的な物理学の理解を変えるでしょう。その気持ちは、私たちが最初の場所を連想させます。

これらのヒントは間違っていることが判明する可能性がありますが、私たちはその質問に答えることの頂点にあるかもしれません、そしてそれは非常にエキサイティングです。

Shajib：このペーパーでは、ダークエネルギー調査、ダークエネルギー分光機器、スローンデジタルスカイ調査、時間遅延のコスモグラフィー、プランク、アタカマの宇宙論的望遠鏡から、すべての主要なデータセットを収集し、現在までのダークエネルギーの最も制約の測定を取得しました。

これらの測定はすべて広範な実験から来ているため、ある意味では、宇宙コミュニティ全体が集まった集合的な知識を表しています。