20 年近く前から、物理学者は宇宙の膨張が加速し始めていることを知っていました。この奇妙な加速は、何らかの形の謎の暗黒エネルギーが空間を引き伸ばしているために発生する可能性があります。あるいは、物理学者の重力に対する理解が正しくないことを示している可能性もあります。しかし、新しい研究は、重力の代替理論の広いクラスにねじを置き、暗黒エネルギーを説明することをはるかに困難にしています.
この研究は、近くの銀河からの重力がより遠い銀河の画像を歪ませる弱いレンズ効果と呼ばれる効果を利用しているため、経路設定でもあります。 「それが未来です」と、イギリスのポーツマス大学の観測宇宙学者であるボブ・ニコルは言います。彼はこの研究には関与していません。 「次の 10 年を見れば、このデータは爆発的に増加するでしょう。」
物理学者は、銀河が重力で互いに引き合うため、宇宙の膨張が遅くなると予想していました。しかし、1998 年に、2 つの独立したチームが、タイプ 1a 超新星を研究することによって、宇宙の膨張の歴史をたどりました。星の爆発は、その色がいつ消えたかを示し、その明るさは、それらが現在どのくらい離れているかを示します。両チームは膨張が加速していることを発見し、暗黒エネルギーが風船のように宇宙を吹き飛ばしていることを示唆しています.
しかし、暗黒エネルギーが存在せず、代わりに加速が発生する可能性があります。これは、物理学者の重力の理解 (アルバート アインシュタインの一般相対性理論) が完全に正しくないためです。アインシュタインは、質量とエネルギーが時空をゆがめるために重力が発生すると推測しました。一般相対性理論では、質量とエネルギーの分布が与えられると、R で示される曲率を最小化するように時空が曲がります。しかし、いわゆる f(R) (「エフ オブ アール」と発音します) 理論では、時空は曲率を最小化するようにゆがみます。曲率のいくつかの追加機能。その変化は、さまざまな条件下で引き寄せたり反発したりする重力のような特別な力を生み出します。
2007 年、シカゴ大学 (イリノイ州) の理論家 Wayne Hu と Ignacy Sawicki (現在はスイスのジュネーブ大学) は、関数 f(R) を正しく選択すれば、そのような理論は加速膨張を説明する可能性があることを示しました。ダークエネルギー。そのためには、銀河や初期の宇宙など、重力が比較的強い場所で余分な力を消滅させ、最大のスケールで後で作動させる必要があります。
そのような理論を検証するために、科学者は宇宙を大規模に研究しなければなりません。昨年、Nichol と同僚は、数百万光年にわたる銀河団を集計することにより、f(R) 理論をテストしました。ダーク エネルギーが空間を引き延ばしている場合、大規模なクラスターの形成が遅くなり、f(R) 重力よりも生成されるクラスターが少なくなるはずです。ニコルと同僚は、暗黒エネルギーと一致する数字を発見しました。ただし、分析は難しいです。研究者は、各クラスターの質量を推定する必要があります。これは、主に神秘的で目に見えない暗黒物質に由来します。そこで、Nichol と同僚は、通常の物質と暗黒物質の相互作用の理論的モデリングに基づいて、その中の高温ガスから来る X 線からクラスターの質量を推測しました。
現在、北京の北京大学の天文学者Zuhui Fanが率いる科学者チームは、クラスターの質量を直接測定するアプローチを採用しています。巨大な物体からの重力は、その向こうにあるものの画像を歪める可能性があります。このように、銀河団はより遠くにある銀河の画像をゆがめます。その結果、それらの細長い形状は、空でランダムに方向付けられるのではなく、魚の群れのようにわずかに整列します。その「弱いレンズ効果」の強さは、前景クラスターの質量を直接明らかにします。 「クラスターの質量とその [通常の物質] 内容との間のスケーリングに依存することはありません」と、この研究に取り組んだイギリスのダラム大学の宇宙学者 Baojiu Li は言います。
研究者たちは、ハワイのマウナケアにある 3.6 メートルのカナダ-フランス-ハワイ望遠鏡からのデータを使用して、550 万個の銀河を画像化し、154 平方度の空をカバーする弱いレンズ効果のマップを作成しました。マップの「ピーク」から、彼らは天の川銀河の数百倍の重さのクラスターを集計しました。これらの集計はダーク エネルギーの予測と一致し、f(R) 理論の根拠を弱めています。
「現時点では、これが宇宙規模での最良の測定値です」とニコルは言います。この新しい結果は f(R) 理論を完全に否定するものではありませんが、重要なパラメーターの限界をさらに 10 分の 1 に引き下げることができれば、「人々は『この理論はそうではない』と言うのではないかと思います。 "
しかし、フー氏は、この方法をどこまで推し進めることができるかについて疑問を呈しています。 f(R) 重力をさらにテストするには、個々のクラスター内の暗黒物質の詳細な分布を説明する必要があるかもしれない、と彼は言います。しかし、その分布は暗黒物質と通常物質の相互作用によって変化し、この問題を元に戻すと胡氏は言います。
それでも、専門家によると、新しい研究は、弱いレンズ効果で宇宙を調査できる可能性を示しています。チリのセロ パチョンに建設中の大型シノプティック サーベイ テレスコープは、20,000 平方度 (空の約半分) を超える弱いレンズ作用をマッピングします。欧州宇宙機関が提案する Euclid 宇宙船と NASA が提案する広視野赤外線サーベイ テレスコープ衛星は、この技術を採用する予定です。 「データ品質に関しては、現在のものから大幅に改善されるでしょう」と Li 氏は言います。