宇宙がどれだけ速く膨張しているかを示す最新の測定結果が、答えよりも疑問を多く提起していることに、宇宙学者たちは頭を悩ませている。
科学者たちは、宇宙の膨張に伴い、特定の時間と距離にわたって銀河がどれだけ遠ざかっているかを表す数値であるハッブル定数の正確な値を解明しようと、ほぼ1世紀にわたって試みてきました。カトリックの司祭であり物理学者でもあり、ビッグバン理論(テレビ番組の理論ではありません)を初めて提唱したジョルジュ・ルメートルは、1927年にこの数値の計算を試みました。
今では、技術の向上により、科学者は単なる数学的な魔法ではなく、実際のデータに頼ることができるようになりました。H0LiCOWコラボレーション(H0(ハッブル定数の略)とCOSMOGRAILのWellspringにおけるレンズの略)として知られる大規模な宇宙学者チームによる最新の測定は、宇宙が予想よりも速く膨張しているように見えることを裏付けています。これは、現在の標準モデルでは説明できません。
「ハッブル定数には、宇宙の歴史のどの時点でその値が測定されるかによって異なるように見える、興味深い差異のパターンが存在します」と、ジョンズ・ホプキンス大学の物理学・天文学教授アダム・ライス氏はThe Register紙に説明した。ライス氏はH0LiCOWチームのメンバーではない。ライス氏は、宇宙が加速膨張していることを発見した功績により、2011年にノーベル物理学賞を受賞した3人の物理学者の一人である。
これは広く『ハッブル・テンション』として知られています。『後期宇宙』、つまり現在における測定値は、メガパーセクあたり毎秒73キロメートル程度です。一方、『初期宇宙』、つまりビッグバン直後における測定値は、メガパーセクあたり毎秒67キロメートル程度です。
「もちろん、宇宙の物理法則を理解しているのであれば、どちらの側でも同じ答えが得られるはずです。この食い違いの原因は宇宙に対する私たちの理解にあるという、根拠のある憶測が数多く存在し、H0LiCOWの新たな結果はこの疑念を強めるものです」と彼は述べた。
初期宇宙と後期宇宙
後期宇宙の測定は、標準光源法と呼ばれる手法を用いて行われます。これは、Ia型超新星の明るさを調べることで科学者が長距離の測定を可能にする手法です。一方、初期宇宙の測定では、ビッグバンの名残である宇宙マイクロ波背景放射(CMB)に注目します。
「両方の測定値の違いは、何らかの内部的な系統的誤差によるものだと人々は信じていました」と、カリフォルニア大学デービス校の博士課程の学生でH0LiCOWチームのメンバーであるジェフ・チーファン・チェン氏はエル・レグ紙に語った。
「そこで私たちは、クエーサーの重力レンズ効果を利用して距離を計測し、ハッブル宇宙望遠鏡を使ってハッブル定数を計算するという独自の方法を使いました。」
研究チームはメガパーセクあたり毎秒73.3キロメートルという値を推定したが、これは標準光源法を裏付ける数値だ。「したがって、系統的誤差による可能性があるという当初の考えは正しくなく、したがってこの主張は真実である」とチェン氏は付け加えた。
重力波の熱狂的支持者たちは、ハッブル定数(宇宙の膨張速度)の解明に近づいている。
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CMB 法は、宇宙は平坦である、あるいは宇宙の膨張を推進している可能性がある未知のエネルギー源である暗黒エネルギーの密度が空間に浸透しても変化しないという宇宙論の標準モデルの強力な仮定に依存しています。
これらの仮定が間違っていれば、宇宙論の標準モデルも間違っているということを意味する。「これは理論物理学者にとっての問題であり、彼らはこの緊張をどう解決するかを考え出す必要がある」と彼は述べた。しかしながら、H0LiCOW共同研究グループは、クエーサーの重力レンズ効果をより正確に測定することで、この問題の解決に貢献したいと考えている。
最初の実験では3つのクエーサーを研究し、最新の実験では6つのクエーサーを研究しました。今後はサンプル数を40個のクエーサーに拡大したいと考えています。
チェン氏は今週、ハワイで開催されたアメリカ天文学会第235回会議でチームの研究結果を発表した。®