12 月 3 日、人類は突然、星までの正確な距離という、人々が永遠に求めていた情報を手に入れました。
シカゴ大学とカーネギー天文台の宇宙学者であるバリー・マドール氏は、先週のズーム通話で、「星の名前またはその位置を入力すると、1秒もかからずに答えが得られます。 「つまり…」彼は言葉を失いました。
「私たちは今、消防ホースから飲んでいます」と、シカゴとカーネギーの宇宙学者であり、マドールの妻であり共同研究者でもあるウェンディ・フリードマンは言いました.
暗黒エネルギーの共同発見で 2011 年にノーベル物理学賞を受賞したジョンズ・ホプキンス大学のアダム・リース氏は、電話で次のように述べています。 「私がとても興奮していることを視覚的にお見せできますか？」彼が新しい星のデータのきれいなプロットを画面共有できるように、私たちは Zoom に切り替えました。
このデータは、欧州宇宙機関のガイア宇宙船から得られたもので、過去 6 年間、100 万マイルの高さから星を観察してきました。この望遠鏡は、13 億個の星の「視差」を測定しました。これは、空の星の見かけ上の位置のわずかなずれであり、それらの距離が明らかになります。 「ガイア視差は、これまでで最も正確で正確な距離測定です」と、トロント大学の天体物理学者であるジョー・ボビーは言いました。
宇宙学者にとって何よりも良いのは、Gaia の新しいカタログには、宇宙論的な距離を測定するための尺度として機能する特別な星が含まれていることです。このため、新しいデータは、現代の宇宙論における最大の難問である、ハッブル張力として知られる宇宙の予想外に速い膨張という問題を急速に解決しました。
緊張は次のとおりです。宇宙の既知の成分と支配方程式は、現在、メガパーセクあたり秒速 67 キロメートルの速度で膨張していると予測しています。つまり、距離がメガパーセク増加するごとに、銀河が秒速 67 キロメートルで私たちから離れていくのを見るはずです。 .しかし、実際の測定値は一貫して基準を超えています。銀河は急速に後退しています。この矛盾は、未知の速効剤が宇宙で進行中である可能性があることをスリリングに示唆しています.
フリードマン氏は、「新しい物理学があれば、信じられないほどエキサイティングです。 「私の心には秘密があって、そこにあることを願っています。そこに発見があることを願っています。しかし、私たちは自分たちが正しいことを確認したいと考えています。明確にそう言えるようになる前に、やるべきことがあります。」
その作業には、宇宙膨張率の測定で考えられる誤差の原因を減らすことが含まれます。その不確かさの最大の原因の 1 つは、近くの星までの距離です。新しい視差データが表示される距離は、ほとんど特定されています。
昨夜オンラインに投稿され、The に提出された論文で 天体物理ジャーナル リースのチームは、新しいデータを使用して膨張速度を 1 メガパーセクあたり 73.2 キロメートル/秒に固定しました。これは、67 というはるかに低い予測率との食い違いを強めているようです。
Freedman と Madore は、彼らのグループの新しく改善された宇宙膨張率の測定結果を 1 月に発表する予定です。彼らも、Riess や他のグループの測定値よりも低い傾向にあるが、それでも予測よりは高い測定値をシフトするのではなく、新しいデータが確定することを期待しています。
Gaia は 2013 年 12 月に開始されて以来、他にも 2 つの大規模なデータ セットをリリースしました。これらは、私たちの宇宙の近隣に対する理解に革命をもたらしました。しかし、ガイアの以前の視差測定はがっかりしました。 2016 年の「最初のデータ リリースを見たとき」、Freedman 氏は「泣きたくなりました」と言いました。
予期せぬ問題
もし視差がもっと簡単に測定できていたら、コペルニクス革命はもっと早く起きていたかもしれません.
コペルニクスは 16 世紀に地球が太陽の周りを公転していると提唱しました。しかし、当時でさえ、天文学者は視差について知っていました。コペルニクスが主張したように地球が動いた場合、通りを横切るときに背景の丘に対して街灯柱が移動するように見えるのと同じように、近くの星が空で移動するのを見ると彼らは予想していました。天文学者のティコ・ブラーエは、そのような星の視差を検出しなかったため、地球は動かないと結論付けました。
それでも、星は遠く離れているため、かろうじてではありますが移動します.
フリードリッヒ・ベッセルというドイツの天文学者が星の視差を検出するのに 1838 年までかかりました。ベッセルは、周囲の星々に対するシグニ座 61 星系の角度シフトを測定することにより、それが 10.3 光年離れていると結論付けました。彼の測定値は真の値とわずか 10% しか異なっていませんでした — ガイアの新しい測定値は、システム内の 2 つの星を 11.4030 と 11.4026 光年離れた位置に配置し、光年の 1000 分の 1 から 2 千分の 1 か 1000 分の 1 または 1000 を受け取ります。
61 シグニ システムは非常に近いです。より典型的な天の川の星は、10,000 分の 1 秒、最新の望遠鏡カメラではわずか 100 分の 1 ピクセルで移動します。動きを検出するには、専用の超安定した機器が必要です。ガイアはその目的のために設計されましたが、電源を入れると望遠鏡に予期せぬ問題が発生しました。
この望遠鏡は、一度に 2 つの方向を見て、2 つの視野で星間の角度差を追跡することによって機能すると、1993 年にガイア ミッションを共同提案し、新しい視差データの分析を主導したレナート リンデグレンは説明しました。視差を正確に推定するには、2 つの視野の間の角度が固定されている必要があります。しかし、ガイア ミッションの早い段階で、科学者はそうではないことを発見しました。望遠鏡は、太陽に対して回転するときにわずかに曲がり、視差を模倣する測定値にぐらつきをもたらします。さらに悪いことに、この視差の「オフセット」は、オブジェクトの位置、色、明るさに複雑に依存します。
しかし、データが蓄積されるにつれて、ガイアの科学者たちは、偽の視差を本物から簡単に分離できることに気付きました。リンデグレンと同僚は、新たに公開された視差データから望遠鏡のぐらつきの多くを取り除くことに成功し、研究者が星の位置、色、明るさに応じて最終的な視差測定値を修正するために使用できる式を考案しました。
はしごを登る
新しいデータを手にしたリース、フリードマン、マドールとそのチームは、宇宙の膨張率を再計算することができました。大まかに言えば、宇宙膨張を測定する方法は、銀河がどれだけ離れているか、そしてそれらが私たちからどれだけ速く遠ざかっているかを把握することです.速度測定は簡単です。距離は難しいです。
最も正確な測定は、複雑な「宇宙距離はしご」に依存しています。最初のラングは、明確な光度を持ち、視差を示すのに十分近い、私たち自身の銀河内およびその周辺の「標準的なろうそく」星で構成されています。天文学者は、これらの標準的なろうそくの明るさを、近くの銀河の暗いろうそくの明るさと比較して、それらの距離を推測します。それははしごの 2 段目です。これらの銀河の距離を知ることで、タイプ 1a 超新星と呼ばれるまれな明るい星の爆発が含まれているために選択され、宇宙学者は、より暗いタイプ 1a 超新星を含む遠く離れた銀河の相対距離を測定することができます。これらの遠く離れた銀河の速度と距離の比率が、宇宙膨張率を示します。
したがって、視差は構造全体にとって非常に重要です。 「最初のステップである視差を変えると、その後のすべてが変わります」と、距離はしごアプローチのリーダーの 1 人であるリース氏は言います。 「最初のステップの精度を変更すると、他のすべての精度が変更されます。」
リースのチームは、宇宙膨張率の測定値を再調整するために、ガイアの 75 個のセファイド (彼らが好む標準キャンドルである脈動星) の新しい視差を使用しました。
フリードマンとマドーレは、リースの長距離ラダーゲームのトップでの主なライバルであり、近年、セファイドがはしごのより高い段でミスステップを助長する可能性があると主張している.そのため、彼らのチームは、それらに頼りすぎるのではなく、ガイア データ セットからの複数の種類の標準キャンドル スターに基づく測定値を組み合わせています。これには、セファイド、RR こと座星、赤色巨星枝の先端などがあります。
「Gaia の [新しいデータ リリース] は、安全な基盤を提供してくれます」と Madore 氏は述べています。 Madore と Freedman のチームによる一連の論文は、数週間は期待されていませんが、新しい視差データと補正式はうまく機能しているように見えると述べています。測定値をプロットして分析するさまざまな方法で使用すると、セファイドやその他の特別な星を表すデータ ポイントは、ランダム エラーを示す「散乱」がほとんどなく、きれいに直線に沿って配置されます。
「これは、私たちが本当に本物を見ていることを示しています」と Madore 氏は言います。
この記事は Wired.com に転載され、スペイン語版は Investigacionyciencia.es に転載されました .
