ここ数年の宇宙論の大きなニュースは、宇宙が予想よりも速く膨張しているという証拠が増えてきたことです。宇宙学者が初期の宇宙からデータを外挿して宇宙が現在どのようなものであるかを予測する場合、彼らは比較的遅い宇宙膨張率を予測します。天体が私たちから遠ざかる速度を直接測定すると、予測よりも約 9% 速く宇宙が膨張していることがわかりました。この不一致は、宇宙に関する私たちの理解に大きな何かが欠けていることを意味している可能性があります.
この問題は、過去 1 年間で最高潮に達しました。昨年 3 月、宇宙膨張を測定している主要なグループが最新の分析を発表し、再び予想をはるかに上回る膨張率に到達しました。その後、7 月には、クエーサーと呼ばれる天体を使用した宇宙膨張の新しい測定値を他の測定値と組み合わせると、「5 シグマ」を超えました。この場合、宇宙論者は、暗黒物質、暗黒エネルギー、および宇宙を加速する方程式に既に含まれている他のすべてのものを超えた、余分な宇宙成分がある可能性があると述べています.
ただし、それは測定値が正しい場合です。昨年の夏に最初に発表された一連の新しい証拠は、宇宙の膨張率が初期宇宙の測定値と宇宙論の標準理論によって予測される率にはるかに近づく可能性があることを示唆しています。
シカゴ大学とカーネギー天文台の宇宙学者であるウェンディ・フリードマンは、ハッブル定数として知られる膨張率を、他の天体よりもクリーンな膨張プローブであると彼女が考える星を使用して測定しました。これらの「赤色巨星枝の先端」(TRGB) 星を使用して、彼女と彼女のチームは、他の観測者よりも大幅に低いハッブル率に到達しました。
フリードマン氏は慎重かつ革新的な研究で知られていますが、昨年夏に結果を発表した後、一部の研究者は彼女の方法に反対しました。彼らは、彼女のチームが分析の一部に古いデータを使用し、慣れていないキャリブレーション手法を使用したと主張しました。批評家は、フリードマンのチームがより新しいデータを使用した場合、ハッブル値が増加し、他の天文探査機と一致するだろうと考えました.
それはしませんでした。 2 月 5 日にオンラインで投稿され、The Astrophysical Journal での出版が承認された論文 、フリードマンのチームは、TRGBスターの分析を詳細に説明し、一貫性チェックを要約し、批評に答えました.新しい論文は、昨年夏の結果よりもさらに遅い宇宙膨張速度を報告しており、初期宇宙速度に少し近づいています。批評家がフリードマンのハッブル値を増加させると考えたより最新のデータは、逆の効果をもたらしました。 「それはそれをダウンさせました」と彼女は言いました.
ほこりのトラブル
宇宙が予想よりも速く膨張するかどうかという問題は、プランク衛星が空のあらゆる方向から来る古代のマイクロ波を正確にマッピングした2013年に最初に現れました。マイクロ波によって初期宇宙の詳細なスナップショットが明らかになり、プランク チームはそこから、暗黒物質の量など、宇宙の正確な成分を推測できました。これらの成分をアルバート アインシュタインの重力方程式に代入することで、科学者は今日の宇宙の予想膨張率を計算することができました。プランクの最終的な完全な分析では、1 メガパーセクあたり毎秒 67.4 キロメートルであり、1% の誤差はありませんでした。つまり、私たちが宇宙をのぞき込むと、膨張している気球の点が離れているほど速く分離するのと同じように、距離がメガパーセクごとに 67.4 キロメートル毎秒速く天体が私たちから遠ざかるのを見るはずです。
しかし、ジョンズ・ホプキンズ大学の宇宙学者であり、ノーベル賞を受賞した暗黒エネルギーの共同発見者であるアダム・リースは、数年前から宇宙膨張率の直接測定でより高い値を得ていました。この傾向は続きました。昨年 3 月の最新の分析の時点で、Riess のチームは、ハッブル定数を 74 キロメートル/秒/メガパーセクと予測しました。これは、初期宇宙から外挿された 67.4 よりも 9% 高い値です。
問題は、ハッブル定数を直接測定するのが非常に難しいことです。そのために、Riess や Freedman のような天文学者は、まず「標準キャンドル」を見つけて調整する必要があります。これは、既知の距離と固有の明るさを持つ天体です。これらの値があれば、より暗く遠くにある標準的なろうそくまでの距離を推測できます。次に、これらの距離をオブジェクトの移動速度と比較して、ハッブル定数を明らかにします。
リースと彼のチームは、セファイドと呼ばれる脈動星を標準のろうそくとして使用しています。星の距離は、視差やその他の方法で測定でき、本質的な明るさと相関する周波数で脈動します。これにより、天文学者は、遠く離れた銀河の暗いセファイドまでの相対距離を測定できます。これにより、同じ銀河の「タイプ 1a 超新星」の距離が得られます。これは、より明るく、まれではあるが、標準的なろうそくとして機能する爆発です。これらは、何百もの遠く離れた超新星までの距離を測定するために使用され、その後退速度をそれらの距離で割ると、ハッブル定数が得られます。
リースのチームの 74 というハッブル値は、昨年、クエーサーを使用した独立した測定が 73.3 という同様の結果をもたらし、メーザーと呼ばれる天体に基づく測定が 73.9 で、追加の独立したクエーサー測定が 74.2 を返したときに、より説得力のある値になりました。
しかし、リースが現在使用しているセファイド法の先駆者であるフリードマンは、考えられるエラーの原因について長い間心配してきました。セファイドは経年変化するため、標準的なキャンドルには適していません。セファイドはまた、星の密集した領域に存在する傾向があり、これには 2 つの悪質な効果があります。まず、これらの領域は塵で満たされることが多く、星の光を遮り、天体が実際よりも遠くに見えるようになります。そして第二に、密集はそれらをより明るく見せ、したがって実際よりも近くに見える可能性があり、ハッブル定数の過大評価につながる可能性があります.そのため、フリードマンは赤色巨星の分岐星の先端を使用することにしました。
TRGB は、私たちの太陽のような星が死ぬ前に短時間になるものです。赤色巨星として、コア内のヘリウムの突然の点火によって引き起こされる特徴的なピーク輝度に達するまで、それらは徐々に明るくなります。これらのピーク赤色巨星は常に同じであるため、標準的なろうそくとして適しています。さらに、古い星として、それらは銀河のほこりの多い混雑した領域ではなく、きれいでまばらな郊外に生息しています。フリードマンの夫であり、シカゴ天文台とカーネギー天文台の主な共同研究者でもあるバリー・マドールは、「単純さという点では、赤色巨星の枝の先端が勝ちます」と述べています。
最初に、フリードマン、マドール、および彼らのチームは、TRGB 星を調整し、既知の距離でどれだけ明るいかを計算する必要がありました。そうして初めて、TRGB と超新星の明るさを比較することができました (それによって距離を推測することができました)。
彼らの標準的なろうそくには、距離が非常によく知られている近くの銀河である大マゼラン雲にある TRGB 星の集団を選びました。大マゼラン雲は塵が多いため、星の明るさを直接観測することはできません。代わりに、フリードマンと彼女の共同研究者は、他の 2 つの本質的に塵のない (ただし正確な位置ではない) 場所で TRGB の固有の明るさを測定しました:IC 1613 と呼ばれる銀河と小マゼラン雲です。
これらの自然のままの場所にある TRGB は、空高くにある太陽のようなものですが、大マゼラン雲にある TRGB は、地平線近くの太陽のようなもので、大気中のちりによって赤く薄暗くなります。 (ちりは青い光を優先的に散乱するため、物体をより赤く見せます。) ちりの多い場所ときれいな場所の星の色を比較することで、研究者はちりの多い場所にどれだけのちりがあるかを推測できました。彼らは、大マゼラン雲に以前考えられていたよりも多くの塵があることを発見しました。これにより、塵がそこにある星をどれだけ暗くし、実際にどれだけ明るいかが明らかになり、星を標準的なろうそくとして使用できるようになりました.
チームは、大マゼラン雲と小マゼラン雲と銀河 IC 1613 の相対距離を別の方法で独自にチェックし、結果に対して他の多くの一貫性チェックを実行しました。彼らの TRGB 距離はしごは 69.6 のハッブル値をもたらし、セファイド、クエーサー、メーザーを使用した測定値よりもはるかに低く、初期宇宙データからの予測のシャウト距離内にあります。
「私たちはこれらすべてのテストを実行し、同じ答えを得続けています」と Madore 氏は言います。 「そして、アダム[リース]はそれが好きではありません。」
謎は続く
Riess 氏は、チームの方法について「詳細を読むことができて感謝している」が、TRGB キャリブレーションがオフになっている可能性があると考えている. 「大マゼラン雲の赤色巨星の枝の先端を暗くする塵の量を推定することは非常に困難です」と彼は言いました。考えられる誤差の原因の 1 つは、小マゼラン雲が拡張された形をしており、TRGB が異なる距離にあり、必ずしも一緒に平均化されるべきではないということです。 (Freedman は、彼女のチームが TRGB を雲の中央部分でのみ測定したと述べています。)
Riess は、TRGB の結果を、より高いハッブル値を得る他のいくつかの独立した測定値と比較検討する必要があることを強調しています。
デューク大学の天体物理学者で、リースと協力してセファイドの測定を行っているダン・スコルニックも、フリードマンのキャリブレーション方法に疑問を呈し、次のように述べています。数年」
この論争は、TRGB 星までの距離の非常に正確な直接測定など、望遠鏡がより多くのデータを収集するにつれて解決されるでしょう。今後数年間、ガイア衛星はこれらの観測結果を提供するはずです。
他の手がかりはもっと早く来るかもしれません。フリードマン氏によると、彼女のチームはさらに別の新しい方法を使用して、TRGB 星からの数と一致する、まだ公開されていないハッブル測定を行いました。彼女は次の結果について詳細には触れませんでしたが、「現時点では、このケースは非常に強力であると考えています」と TRGB の測定値は正しいと述べました。
更新:2020 年 2 月 26 日
この記事が最初に公開されたとき、2 つの段落が間違った場所にありました。テキストが修正されました。
この記事はに転載されました Wired.com .
