宇宙の膨張速度：科学者は同意しません

-2019年10月29日のニュース-

宇宙の膨張は常に同じ速度を持っているとは限らなかった

宇宙は膨張しています。つまり、重力によって保持されていないすべてのオブジェクトは、互いに遠ざかります。しかし、宇宙の膨張の速度は議論の対象です。これは宇宙論の大きな疑問の一つです。一般に受け入れられているモデルでは、宇宙の膨張速度は時間とともに変化していました。

その存在の初めに、宇宙は非常に急速に成長することを可能にしたであろう極端なインフレの段階を経ていたでしょう。その後、暗黒物質の重力効果のために、より遅いペースで減速しました。この段階は数十万年続きました。その時以来、宇宙の膨張は再び加速し、今度は暗黒エネルギーの影響を受けます。

ハッブル定数、宇宙の膨張速度を測定するための標準

この物語は、特定の瞬間における宇宙の膨張率を説明する指標であるハッブル定数の測定に一部起因しています。問題は、使用する科学機器と方法によっては、ハッブル定数の測定値が必ずしも一致しないことです。

一部の天体物理学者は、宇宙マイクロ波背景（CMB）の観測に依存しています。これは、宇宙が380,000歳のときに放出された宇宙の最初の光の化石です。これにより、ハッブル定数がメガパーセックあたり67 km/sであると推定できます。これは、1メガパーセック、約650万光年の銀河が67 km / sで私たちから遠ざかるのに対して、2メガパーセックの銀河は2倍の速さで移動していることを意味します。

宇宙の膨張は思ったより速い

多かれ少なかれ実際の銀河の測定を行いたい場合、67 km/sではなく、megaparsecで74 km/sに等しいハッブル定数を取得します。年が経過するにつれて、これらの2つの数値を調整することは難しくなります。カリフォルニア大学の天体物理学者のチームによって公開された新しい研究を目撃してください。ハッブル宇宙望遠鏡とケック天文台のおかげで、彼らは重力レンズを使用する方法を使用しました。

興味深いのは、偏りを避けるために、盲検研究を実施したことです。つまり、すべてのエラーの原因を確実に除去するまで結果を隠しました。私たち全員と同じように、天文学者は認知バイアスにさらされる可能性があります。彼らは無意識に一連のデータを調整して宇宙モデルに一致させることができます。しかし、これらの追加の予防措置にもかかわらず、その結果はジレンマを解決しません。ローカルで行われるすべての測定と同様に、メガパーセックあたり75 km/sのハッブル定数を取得します。

宇宙の膨張の本当の速度は何ですか？

67 km/sから75 km/sの間では、差は大きすぎてエラーのマージンとは見なされません。したがって、天体物理学者はジレンマに直面しています。ほとんどの天体物理学者がありそうもないと考える宇宙マイクロ波背景のおかげで獲得した宇宙の膨張率の測定に問題があるか、宇宙論の標準モデルをレビューする必要があります。

たとえば、暗黒エネルギーの特性は時間の経過とともに変化した可能性があります。または、私たちの観測が不正確すぎます。より大きな天文台とより効率的な方法の到来がこのパズルを解決することを望みましょう。しかし、天文学者がこれらの2つの手段を調和させることができないならば、宇宙の我々の歴史を徹底的に再訪することが必要かもしれません。

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宇宙の拡大、暗黒エネルギー：DESIの課題

ダークエネルギーは、現代の物理学で最も難しいパズルの1つです。 20年間、一連の測定は、宇宙の膨張が時間とともに加速することを示しているようです。物理学で許容される4つの基本的な力のいずれもこの現象を説明できないため、これまでのところ、この加速の原因となる現象はブラックエネルギーと呼ばれています。

暗黒エネルギーを理解していなければ、少なくともその影響を測定しようとすることができます。それがDESIが作成された理由です。この科学機器は、Mayall望遠鏡とその4メートルミラーで動作します。 DESIは数千万のクエーサーと銀河を観測し、最大110億光年にわたる宇宙の3Dマップを作成します。

前例のないサイズと精度のこのマップにより、宇宙の大きな構造がどのように分布、進化し、暗黒エネルギーが果たす役割をどのように把握できるかがわかります。これは、一般相対性理論の補完または代替をテストする機会になります。 DESIは、バリオンのいわゆる音響振動によって残された痕跡、つまり宇宙のプラズマ中の音波、音によって残された痕跡に基づいて距離を正確に測定します。これは、2022年から太陽地球系のL2ラグランジュポイントからユークリッドヨーロッパ宇宙観測所で使用されるのと同じ方法です。

DESIのテストはすぐに開始されるはずです。プロジェクトに取り組んでいるチームは、2025年までに完全なデータを回復することを望んでいます。これにより、ダークエネルギーと呼ばれるものをよりよく理解できる可能性があります。

宇宙の膨張はクエーサーを通して測ることができる

– 2019年2月5日のお知らせ –

暗黒エネルギーは現代天文学の最も重要な謎の一つです。私たちは、20年以来、宇宙の拡大が加速していることを知っています。私たちの宇宙は日々成長し、どんどん速くなっています。もし宇宙が完全に質量で構成されていて重力に限って大規模に従えば、それは減速することしかできなかった。しかし、それは私たちが観察しているように見えるのとは逆です。

この現象に関するいくつかの説明をまとめることができます。たぶん私たちの対策は間違っています。しかし、ますます多くの人が同じ結論を出しています。おそらく、大規模な重力の理解はまだ完全ではありません。あるいは、未知の性質のエネルギーが宇宙を成長させようとしていると想像することができます。それは単に自然の法則の一部である一種の基本的な定数かもしれません。

宇宙の膨張速度を決定しようとするときの大きな問題は、私たちがどのようにして長い距離をうまく測定するのかわからないということです。これはタイプ1Aの超新星の明るさを観察することによって最近の期間の間かなり効率的にすることができる。宇宙の歴史の始まりは、宇宙のマイクロ波背景（CMB）のおかげで調べることもできます。これは、宇宙がビッグバンから380000年経った後のことをよく表しています。しかし、これら2つの両極端の間では、ハッブル定数、つまり与えられた瞬間の宇宙の膨張率を与える大きさを評価することは困難です。

イタリアのチームは、距離を決定し、それによって宇宙の膨張速度を測定する新しい方法を見つけたと考えています。これはクエーサー、つまり非常に明るい銀河の核の明るさを観察することを含みます。 1A型超新星とは異なり、すべてのクエーサーが同じ絶対等級を持つわけではありません。他のものより明るくないクエーサーを観察するとき、それがそれがより遠いからであるかどうか、またはそれが同じ距離にあるがより活発ではないかどうかはわかりません。

この障害を克服するために、イタリアのチームは2つの異なるスペクトル帯、X線と紫外線でクエーサーの光を比較しました。これら二つの光束の間の比率を確立することによって、彼らは距離を決定することを可能にする定数を見つけた。この方法で約1600のクエーサーが研究され、それによって私たちは宇宙の膨張のいくぶんより完全な歴史を書くことができました。

この研究の最初の結果は、暗黒エネルギーが時間とともに強度を増していることを示唆しています。ですから、宇宙の拡大が加速しているだけでなく、それを引き起こす要素はそれ自体絶えず進化しています。この結果が確認されれば、それは何年もかかる可能性があり、暗黒エネルギーを説明しようと試みる多数のモデルを検討することが必要になるでしょう。暗黒エネルギーは宇宙においてますます重要な役割を果たし、銀河や星を絶えず遠ざけていくでしょう。十分に大きな時間スケールでは、原子を構成する粒子でさえも離れているでしょう、それはおそらく時間の終わりを意味するでしょう。

宇宙の拡大はより速くより速くなります

– 2018年2月27日のニュース –

ハッブル宇宙望遠鏡は、ほぼ30年間にわたって作動しており、非常に重要な結果を引き続き提供しています。最近の観察によると、宇宙の膨張の加速は、実際には予想よりもはるかに速いことが分かっています。この問題は、ハッブルのデータと、数年前に得られたプランク宇宙観測所のデータとの比較から来ている。両方の機器の測定値は非常に信頼性が高いとみなされます。彼らは両方とも、与えられた瞬間に宇宙の膨張率を表すパラメータであるハッブル定数を決定しようとしました。プランクのデータは、毎秒67キロメートルと毎秒69キロメートルの間でこの定数を置いた。プランクは、138億年前の宇宙の最初の光である宇宙のマイクロ波の背景を研究することによって、これらの測定を行っていました。

New Hubbleのデータでは、メガパラシュートあたり毎秒63 kmのハッブル定数が推定されています。ハッブルは、より最近の変光星であるセフェイドを観察しました。 2つの指標の間には、9％の差があります。問題はそれを説明するのが難しいということです。エラーが2つの尺度のうちの1つに入った可能性は非常に低いです。これらの結果は、宇宙の拡大が歴史的に加速し、元々考えられていたよりもさらに早くなったことを示しているようです。

可能な説明の中にはもちろん、暗いエネルギーがあります。よく定義されていなければ、このタイプの観察を説明するために宇宙論の標準モデルに追加することができるパラメータです。別の可能性は、暗黒物質と従来の物質との間の予想より強い相互作用である。最後に、新しいモデルは、この現象、例えば黒色放射、重力のみによって影響を受ける無菌ニュートリノについての説明を提供しようとするようになっている。

宇宙の拡大を加速させる最も早い証拠は、1990年代後半の非常に最近のことであり、この加速を引き起こすメカニズムについて合意が得られるまでには、何十年もの観測と推測が必要になるだろう。このため、WFIRSTの可能性の高い取り消しは、宇宙のさまざまな年齢でのHubble定数の測定が許可されていたため、後悔しています。幸いにも、ヨーロッパは、宇宙と暗黒エネルギーの拡大に関する研究に専念している将来の宇宙観測所ユークリッドをキャンセルしていません。それは次の10年の始めにサービスになるはずです。過去100億年にまで遡ります。ダークエネルギーのさまざまなモデルには小さなバリエーションが存在するため、どのトラックが最も興味深いのかを判断するために非常に高精度な測定が行われます。

NASA / WMAPサイエンスチームの画像[パブリックドメイン]、ウィキメディア・コモンズから

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