宇宙の膨張速度は、何十年もの間、天文学者を悩ませてきました。ハッブル定数と呼ばれるこの数値は、導き方によって大きく異なり、まさに天体物理学者を常に困惑させる原因となっています。
今回、天文学者のチームが、2021年12月に打ち上げられ、2022年7月から赤外線波長で科学観測を行っている100億ドルの宇宙望遠鏡、ウェッブ宇宙望遠鏡を使って、より正確に膨張率を計算した。チームはウェッブのデータを使い、定数の測定に使われるハッブル宇宙望遠鏡の星の観測データに残るノイズを減らすことに成功した。チームの研究は現在、プレプリントサーバーarXivでホストされており、天体物理学ジャーナルに掲載される予定である。
宇宙の膨張を測定する方法は2つあり、それぞれ異なる速度が提示されています。1つは、ビッグバンから約30万年後に観測される、私たちが観測できる最古の光である宇宙マイクロ波背景放射から膨張速度を予測する方法です。もう1つは、セファイド変光星と呼ばれる明るさの異なる星の集団を研究する方法です。セファイド変光星は、銀河までの距離や赤方偏移、つまり銀河から放射される光が宇宙の膨張によってどれだけ引き伸ばされているかを測定するのに最適です。
これら 2 つのアプローチから得られる速度によって、ハッブル定数は異なります。この不一致は「ハッブル・テンション」と呼ばれることが多く、天文学者の計算の誤りや、これまで知られていなかった（したがって説明されていない）物理学が原因である可能性があります。
宇宙望遠鏡科学研究所およびジョンズ・ホプキンス大学の天文学者で、今回の新論文の主著者であるアダム・リース氏が執筆した新しい研究に付随するNASAのブログによると、1990年のハッブル宇宙望遠鏡打ち上げ以前、宇宙の膨張のタイムラインに関する推定値は100億年から200億年とかなり幅広いものだったという。
2021年、別の研究グループがハッブル定数を再計算し、宇宙の年齢を新たに正確に137億7000万年と算出した。
ハッブル宇宙望遠鏡によるセファイド変光星の観測は、科学者による宇宙膨張の推定を著しく向上させましたが、ウェッブによる近赤外線波長でのセファイド変光星の観測は、新しい望遠鏡がセファイド変光星の光と近隣の恒星の光をより容易に区別できることを意味しました。したがって、ハッブル定数とその張力の測定におけるノイズの低減が実現しました。
2022年10月、別のチームがハッブル・テンションの確実性を5シグマの閾値まで高めました。これは、2つのレートの不一致が統計的な偶然である確率は100万分の1しかないことを意味します。
天文学者が宇宙論のパズルの一部を見逃している可能性は十分にあり、そしておそらくより魅力的な前提と言えるでしょう。リース氏のブログ記事によると、それは「特異なダークエネルギー、特異なダークマターの存在、重力に関する理解の修正、あるいは特異な粒子や場の存在」である可能性があります。あるいはもちろん、誤りの蓄積かもしれません。しかし、今回の新たな研究は、その緊張が依然として非常に緊迫していることを裏付けています。
この発見は、ハッブル宇宙望遠鏡の正当性を立証するものでもある。ハッブル宇宙望遠鏡は、その技術を駆使して可能な限り最高のデータを取得していたことは明らかだ。しかし、ウェッブ氏はハッブル宇宙望遠鏡の成果を評価する上で有益な存在であり、まもなく運用開始となるルービン天文台や、そのレガシー・サーベイ・オブ・スペース・アンド・タイム・カメラといった他の観測によって、宇宙の膨張の本質が解明される可能性もある。
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