新しい測定は、宇宙に対する私たちの理解を変える可能性があります

宇宙は膨張していますが、正確にはどのくらいの速度で膨張していますか? 答えは、ハッブル定数または H と呼ばれる宇宙膨張率を推定するかどうかに依存するようです。₀— ビッグバンのエコー (宇宙マイクロ波背景放射、または CMB) または H に基づく₀ それは、今日の星や銀河に直接依存しています。 ハッブル張力として知られるこの問題は、世界中の天体物理学者や宇宙学者を困惑させてきました。

EPFL Institute of Physics の Richard Anderson が率いる Stellar Standard Candles and Distances グループによる研究は、パズルに新しいピースを追加します。 彼らの研究は、 天文学と天体物理学は、欧州宇宙機関 (ESA) のガイア ミッションによって収集されたデータに基づいて、現在までの距離測定のために、セファイド星 (光度が一定期間にわたって変動する一種の変光星) の最も正確なキャリブレーションを達成しました。 この新しいキャリブレーションは、ハッブル張力をさらに増幅します。

ハッブル定数 (H₀) は、1920 年代後半にジョルジュ ルメートルと共にこの現象を発見した天体物理学者にちなんで名付けられました。 これはメガ秒あたりの毎秒キロメートル (km/s/Mpc) で測定され、1 Mpc は約 326 万光年に相当します。

H の最良の直接測定.₀ それは「宇宙距離スケール」を使用し、その最初のラングはキャビアの明るさの絶対キャリブレーションによって設定され、現在は EPFL 研究によって再キャリブレーションされています。 対照的に、セファイドははしごの次の段階を調整し、超新星 (星の寿命の終わりに発生する強力な爆発) を追跡し、空間自体の膨張を追跡します。

この距離スケールは、超新星 H.₀、2011 年のノーベル物理学賞受賞者である Adam Riess が率いる暗黒エネルギー状態方程式 (SH0ES) チームの₀ 73.0 ± 1.0 km/秒/mpc で。

ビッグバン後の最初の放射線

時間₀ また、130 億年以上前のビッグバンから残った遍在するマイクロ波放射である CMB 放射を解釈することによって決定することもできます。 ただし、「初期宇宙」の測定方法では、宇宙がどのように進化したかについて最も詳細な物理的理解を前提とし、モデルに依存する必要があります。 欧州宇宙機関 (ESA) のプランク衛星は、CMB に関する最も完全なデータを提供しており、この方法によれば、H₀ 67.4 ± 0.5 km/秒/mpc。

ハッブル張力は、CMB (初期宇宙) または距離はしご法 (後期宇宙) のどちらが使用されるかに応じて、5.6 km/秒/100 万ブロックの不一致を示します。 両方の方法で行われた測定が正しいとすれば、宇宙を支配する基本的な物理法則の理解に何か問題があるということです。 もちろん、この重要な問題は、天体物理学者の方法が信頼できるものであることがいかに重要かを強調しています。

新しい EPFL 研究は、距離トラッカーとしてのセファイドのキャリブレーションを改善することにより、距離ラダーの最初の段を強化するため、非常に重要です。 実際、新しいキャリブレーションにより、± 0.9% 以内の天文学的な距離を測定することができ、これは後のエントロピー測定を強力にサポートします。 さらに、EPFL で得られた結果は、SH0ES チームと協力して、H.₀ ハッブル張力の精度が向上し、重要性が増します。

「私たちの研究では、73 km/s/Mpc の膨張率が確認されていますが、さらに重要なことは、これまでの距離測定ツールとして最も正確で信頼性の高いキフィドのキャリブレーションも提供することです」とアンダーソン氏は言います。

「私たちは、星が天の川を横切って一緒に移動するかどうかをテストすることにより、数百の星の星団に属するセファイドを検索する方法を開発しました。このトリックのおかげで、視差のガイア測定の最高の知識を利用できます。これにより、ガイアのビューの解像度を限界まで押し上げることが可能になり、距離のはしごが置かれる最強の基盤が提供されました。」

基本概念の再考

宇宙の広大なスケールを考えると、なぜ数キロメートル/秒/Mpc の差が重要なのでしょうか? 「この不一致は非常に重要です」とアンダーソンは言います。

「山の反対側の 2 つの側面にドリルで穴を開けてトンネルを作りたいとします。岩の種類を正しく理解し、計算が正しければ、ドリルしている 2 つの穴は中央で合流します。しかし、もしそうなら、計算が間違っているか、岩の種類が間違っているかのどちらかです。

「これがハッブル定数で起こることです。私たちの計算の正確さを確認すればするほど、その不一致は宇宙に対する私たちの理解が間違っていることを意味し、宇宙は私たちが思っていたものとはまったく異なるという結論に達します。 .”

矛盾には他にも多くの効果があります。 それは、暗黒エネルギーの正確な性質、時間的連続性、重力などの基本に疑問を投げかけます。 「これは、物理学の一般的な理解の基礎を形成する基本的な概念を再考する必要があることを意味します」とアンダーソンは言います。

彼のグループの研究は、他の分野にも重要な貢献をしています。 「私たちの測定値は非常に正確であるため、天の川の幾何学についての洞察を得ることができます」と Mauricio Cruz Reyes 博士は言います。 アンダーソンの研究グループの学生であり、研究の筆頭著者。 「私たちが開発した高解像度キャリブレーションにより、たとえば、フラットディスク銀河としての天の川のサイズと形状、および他の銀河からの距離をより適切に決定できるようになります。私たちの研究は、ガイアデータの信頼性を比較することによっても確認しました。それは他の望遠鏡からのものと一緒です。」