宇宙膨張の謎

ハッブル宇宙望遠鏡 * は 4 月 19 日に誕生 29 周年を迎え、お祝いとともに、宇宙に関する新しい発見が発表されました。宇宙が膨張していることはわかっていますが、現在の宇宙と初期（または「若い」）宇宙の膨張率の間には興味深い違いがあります。ハッブルからの新しいデータは、この不一致はもはや不確実性や偶然とは考えられず、むしろ膨張プロセス自体を説明する物理理論の欠如を示すものであることを示しています。

私たちの宇宙は毎秒大きくなっていますが、このプロセスの速度はどのくらいなのでしょうか?ハッブル定数としても知られる膨張率の測定には 2 つの方法が使用されます。 USPのIAGの研究者である Felipe Navarete 氏は、「古典的」と考えられる最初の方法は、ハッブルによって測定された天体間の距離に基づいていると説明しています。 2 つ目は、欧州宇宙機関 (ESA) のプランク衛星からの観測から計算された推定値を使用しています。この衛星は、ビッグバンからわずか 38 万年後の宇宙の「最初の瞬間」の遺物である、いわゆる宇宙背景放射をマイクロ波でマッピングしています。

ハッブルのデータは、宇宙がプランクの推定による予想よりも速い速度で膨張していることを示唆しています。この不一致はここ数年間の科学論文で確認されてきましたが、それが測定技術の違いによるものなのか、偶然によるものなのか、あるいは測定エラーによるものなのかはまだ不明でした。これは、ハッブルによって使用された方法が信頼性を得るには、距離の非常に正確な測定が必要であるためです。

しかし、ハッブルによって得られた最新のデータにより、測定値間の不一致が単なるまぐれである可能性は大幅に減少しました。この新しい研究では、天文学者はハッブル測定を使用して上昇距離を再構築し、ハッブル定数誤差を 2.2% から 1.9% に削減しました。このように精度が向上した後でも、レート間の差異は依然として残ります。

どちらの対策も、さまざまな方法で複数回テストされています。 「これは、2 つの実験間の単なる不一致ではありません」と、この研究を主導し、ノーベル物理学賞 (2011 年) を受賞した天体物理学者のアダム・リースは説明します。「私たちは根本的に異なるものを測定しています。1つは、今日の宇宙がどのくらいの速度で膨張しているかを測定したものです。もう1つは、若い宇宙の物理学に基づいた予測であり、どのくらいの速度で膨張するかを表しています。これらの値が当てはまらない場合、これは、これら 2 つの時代を結び付ける宇宙論モデルに何かが欠けていることを非常に明確にしています。 」

考えられる説明の 1 つは、若い宇宙に予期せぬ暗黒エネルギーが出現したことです。これにより、ビッグバン直後に宇宙の膨張が加速した可能性があります。もう一つの説明は、光に近い速度で移動する新しい素粒子が宇宙に存在するというものです。「暗黒放射線」と呼ばれるそのような粒子には、核反応や放射性崩壊で生成されるニュートリノが含まれます。最後に提起された可能性は、暗黒物質が通常の物質または放射線と以前に予測されていたよりも大きな相互作用を持っているということです。しかし、本当の説明は依然として謎のままです。