何十年もの間、一般相対性理論から派生した重力理論は、
この時、研究者たちは初めて次のことを発見しました。遠方の銀河の挙動は重力理論の予測と一致しません。遠く離れた星団や星系からの時空の歪みは、観測に基づいて計算されたそのような天体の質量よりもはるかに強いことが判明しました。
その後、1990 年代後半に、研究者はобнаружили еще один необычный факт. Оказывается, скорость расширения Вселенной возрастает со временем. Этот эффект бросил еще один вызов теории Альберта Эйнштейна: гравитационные воздействия материи должны были замедлять расширение Вселенной, а не ускорять его. Современная космологическая модель — модель ΛCDM — нашла ответы на эти вопросы, но ученые не оставляют надежд бросить вызов гению из первой половины XX века.
なぜ科学者は、宇宙が加速的に膨張していると考えているのですか?
宇宙の加速膨張が発見されたのは1998 年には、超新星宇宙論プロジェクトと High-Z 超新星探索グループという 2 つの独立したチームが同時に作業を行った結果として、両方の研究グループが遠方の星の爆発を分析することで宇宙の膨張の加速を研究しました。
La型超新星はほぼ同じ標準的な明るさ。このような物体の明るさを観察することで、それらがどれだけ離れているかを判断できます。さらに、宇宙が膨張するにつれて、遠くの物体からの光はスペクトルの赤側にシフトします。赤方偏移を測定することにより、超新星が発生してから宇宙がどれだけ膨張したかを知ることができます。
この間の天体物理学者実験では、宇宙はより遅い速度で膨張し、その後プロセスは停止するか、収縮し始めるはずであると確信していました。しかし、両方の科学者グループが独自に得た予期せぬ結果は、宇宙が加速度的に膨張しているということでした。
宇宙の膨張は後に確認された他の方法。宇宙マイクロ波背景放射 (ビッグバンの痕跡) の測定、重力レンズの効果、およびバリオンの音響振動の分析により、宇宙の膨張の仮説が確認されました。
2007 年には、宇宙膨張の影響を発見した両チームが宇宙論の分野でグルーバー賞を受賞し、2011 年には参加者のうち 3 名がノーベル物理学賞を受賞しました。
宇宙の加速膨張。画像: NASA、STSci、アン フィールド
加速膨張をどう説明する？
観測結果 (宇宙の膨張と遠くの銀河からの時空の強い歪み) を説明するために、科学者は 2 つの新しいモデル、つまり暗黒物質と暗黒エネルギーを導入しました。
暗黒物質は仮説上の形です科学者は、宇宙の物質の約 85% を占めると信じています。電磁場とはまったく相互作用しないため、暗いと呼ばれます。つまり、そのような物質は、光やその他の電磁波を反射、吸収、放出しません。ただし、それ自体に質量があるため、重力の影響を受けます。宇宙モデルに暗黒物質を追加すると、遠方の銀河の強い重力を説明するのに役立ちます。
暗黒エネルギーは仮想的な形ですエネルギーは、暗黒物質とは異なり、ほとんど知られていません。暗黒エネルギーは非常に均質で、密度が高くなく、重力以外の基本的な力と相互作用できないと考えられています。このエネルギーは真空エネルギーに関連しています。宇宙が膨張し、自由空間が増加するにつれて、このエネルギーが増加すると仮定すると、一様膨張から加速膨張への移行を説明できます。
暗黒エネルギー仮説はよく説明しますが、宇宙で観察されるプロセス、その存在そのもの、および重力場のみとの相互作用は、一般相対性理論およびアインシュタインの重力理論と関連付けることは困難です。
理論をテストするには？
一部の学者は、理論が重力は暗黒エネルギーを説明できず、おそらく不完全であり、追加のパラメーターまたは変数を方程式に追加して、すべての観測を結び付ける必要があります。この仮説を検証するために、科学者は過去に重力理論の違反の兆候を探します。
そのような仕事の 1 つは国際調査ですチリにある4メートルのビクター・ブランコ望遠鏡を使用したダークエネルギー。この観測結果は、8月にリオデジャネイロで開催された素粒子物理学と宇宙論に関する国際会議(COSMO’22)で発表された。
研究参加者は証拠を探しました宇宙の歴史を通じて、または遠い過去に重力が変化したという事実。彼らの研究では、主要なブランコ望遠鏡に加えて、欧州宇宙機関のプランク衛星からのデータを使用しました。
天体物理学者は銀河の画像を研究してきました。暗黒物質による空間の曲率による、より微妙な歪みの存在 - 弱い重力レンズと呼ばれる効果。重力の強さによって暗黒物質構造のサイズと分布が決まり、そのサイズと分布によってこれらの銀河がどのように湾曲して見えるかが決まります。
これらすべてのパラメータを測定することにより、力を決定することができます遠方銀河の重力.そして、それらからの光が私たちに届くまでに何百万年も何十億年もかかるため、本質的に、科学者は過去に重力がどのように振る舞ったかを調査しています.
研究者は、彼らがすでに研究したと報告した1 億を超える銀河の重力と形状を調べましたが、すべての実験で、観測結果はアインシュタインの理論と完全に一致しています。そのため、暗黒エネルギーの性質は謎のままです。
ジェームス ウェッブの最初の画像に見られるような重力レンズ効果は、科学者が遠方の系の暗黒物質と重力を調査するのに役立っています。画像: NASA、ESA、CSA、STScI
次は何ですか？
アインシュタインの理論はまだ有効ですが、研究者たちはその強さを試し続けます。ダークエネルギーの性質を説明する新たな試みが衛星ミッションによって行われるだろう。欧州宇宙機関は2023年にユークリッド宇宙望遠鏡の打ち上げを計画している。このデバイスの機器は、地球からさまざまな距離にある銀河の赤方偏移を測定し、赤方偏移と距離の関係を調査します。
開発者は、Euclid ができることを期待しています。80億年を振り返る。超精密測定の助けを借りて、彼はこの時代の重力、暗黒物質、暗黒エネルギーがどのようであったかを知ることができるでしょう.
NASA は同様のミッションを計画しています。2027 年には、ナンシー グレース ローマン宇宙望遠鏡を地球軌道に打ち上げる予定です。研究者たちは、彼が 110 億光年の距離にある銀河を研究し、最古の宇宙を研究できると信じています。
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表紙: Design Alex Mittelmann、Coldcreation、CC BY-SA 3.0、Wikimedia Commons 経由