【 💫#宇宙ニュース 】最新の宇宙情報を届けています！2025-01-23(英文掲載2025-01-22-PM8:00)～宇宙膨張の謎が深まる、「ハッブルの緊張問題」が今や我々の宇宙の身近なところに現れており、宇宙論を危機に追い込んでいます～　「ハッブル緊張は今やハッブル危機である。」
    
🌟①画像左上：ハッブル宇宙望遠鏡が捉えたコマ星団。 (画像提供: NASA/ESA/ハッブル・ヘリテージ・チーム (STScI/AURA)/D. カーター (リバプール・ジョン・ムーアズ大学)/コマ HST ACS トレジャリー・チーム)
🌟②画像右上：なんとコマ銀河団の粘性がチャンドラX線望遠鏡により明らかになる！
🌟③画像左下：ハッブル定数は、宇宙の年齢138億年に相当する67.4 km/sec-Mpcの値でほとんど変化しません。(画像提供: ESA/Planck Collaboration)

☄️～かみのけ座銀河団が本来あるべき位置よりも3800万光年も近いという驚くべき発見により、ハッブル・テンションの謎は深まった。～
近年、ハッブル・ルメートルの法則によって規定される宇宙の膨張を測定する試みで問題が起こりつつある。この法則によれば、宇宙の膨張によって銀河が私たちから遠ざかる速度は、その距離にハッブル定数として定量化された膨張率を掛けたものに等しい。銀河が私たちから遠く離れているほど、私たちから遠ざかる速度も速くなる。
ノースカロライナ州デューク大学のダン・スコルニック氏とジョンズ・ホプキンス大学のアダム・リース氏が率いる天文学者チームは、ハッブル宇宙望遠鏡がかみのけ座銀河団の銀河で観測したIa型超新星爆発をすべて探し出した。これらの超新星の測定結果から、チームはかみのけ座銀河団が標準モデルが予測するよりも地球に近いことを発見した。これは大きな問題だ。
ハッブル定数を測定するには、主に 2 つの方法があります。1 つは、銀河内の「標準光源」、つまりセファイド変光星、Ia 型超新星爆発、赤色巨星などの予測可能な明るさを持つ天体を観測し、これらの標準光源の見かけの明るさに基づいて、それらの距離を直接測定する方法です。天文学者は、それらの遠ざかる速度と、それらの赤方偏移 (遠ざかる速度が速いほど、その光はより長く赤い波長に引き伸ばされる) の測定から導き出されるそれらの速度とを組み合わせることで、ハッブル・ルメートルの法則を使用してハッブル定数を計算できます。
もう一つの戦術は、時間を遡って始まり近くまで遡ることだ。宇宙マイクロ波背景放射（CMB）は、ビッグバンから37万9000年後に放射された光だ。この時期より前の宇宙は、電離したガスであるプラズマの濃密で沸き立つ海で満たされていた。プラズマは熱すぎて電子と原子核が結合できなかった。プラズマは光を通さず、密度波がプラズマを通して反響していた。

その後、宇宙時計が379,000年を刻んだとき、宇宙は電子と原子核が結合して完全な原子を形成できるほど十分に冷えていました。プラズマは中性水素とヘリウムガスの霧に変わりましたが、それらの密度波は物質の分布の中に固定され、当時よりもはるかに大規模ではあるものの、今日まで分布が続いています。CMBは、ビッグバンから379,000年後の「バリオン音響振動」またはBAOと呼ばれるそれらの密度波の様子を捉えています。
科学者は、CMB の観測結果に基づいて宇宙論の標準モデルを展開し、宇宙についての予測を行うことができます。標準モデルは、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論の領域で機能する、冷たい暗黒物質と暗黒エネルギーが支配的な宇宙の基本的な図です。
欧州宇宙機関のプランク宇宙船による CMB 放射の観測に基づき、標準モデルではハッブル定数は 1 メガパーセクあたり毎秒 67.4 キロメートル (km/s/Mpc) であると予測されています。1 メガパーセクは 100 万パーセクで、1 パーセクは 3.26光年です。つまり、プランクと標準モデルが予測しているのは、100 万パーセクの空間のすべての体積が毎秒 67.4 キロメートルずつ膨張しているはずだということです。
しかし、現時点での標準光源の測定結果のほとんどは、73.2 km/s/Mpc 程度の異なる値を示しています。どちらの測定も非常に正確に行われ、天体物理学と宇宙論の理解によれば、どちらも正しいはずですが、どちらも正しいということはあり得ません。どちらか一方である必要があります。この説明できない差を、ハッブル テンションと呼びます。
「ハッブル・テンションを、子どもの頃に医者のオフィスで測ってもらったときのことのように考えたい。医者は『子どもの時にこのくらい大きかったら、大人になってもこのくらいの大きさになりますよ』と言うかもしれない」とスコルニック氏は、今年1月にメリーランド州で開かれたアメリカ天文学会第245回会議の記者会見で語った。
「天文学では、宇宙がまだ生まれたばかりの頃の宇宙マイクロ波背景放射の写真を使って同じことをして、今日の宇宙がどれだけ大きく、どれだけの速さで膨張しているかを予測することができます。そして私のような天文学者が今日の宇宙の膨張を測定すると、予測とは一致しません」とソルニック氏は付け加えた。

ハッブル・テンションを理解している人は誰もいません。宇宙の謎となると、それはほぼ常にリストのトップ近くに位置します。科学者の中には、標準光源の測定方法に何らかの隠れた、しかし根強いエラーがあると考えている人もいます。これまで非常に役立ってきた標準モデルを捨て去ることに抵抗を感じるのは当然です。しかし、標準光源の測定を行う天文学者は、標準モデル、または少なくとも標準モデルが予測しない未知の現象を非難しています。

いずれにせよ、私たちはもっと多くのことを知る必要があり、アリゾナ州キットピーク国立天文台のメイオール 4 メートル望遠鏡に設置された暗黒エネルギー分光装置 (DESI) に多くのことがかかっているのはそのためです。

2021年に膨張宇宙を測定する5年間のミッションを開始するDESIには、5,000本の光ファイバーを配置して一度に5,000個の物体から赤方偏移データを収集できる5,000個の小型ロボット装置が組み込まれています。5年間の調査期間中、宇宙の時間に広がる約3,000万個の銀河の赤方偏移を測定し、暗黒エネルギーが宇宙の膨張をどのように加速しているかを調べます。
DESI は、初期宇宙と後期宇宙の両方の予測に基づいてハッブル定数を導き出すことができるという点でユニークです。宇宙の網目に沿った銀河の分布で現在拡大されている BAO を観測し、それを CMB 内の BAO の角度スケールと比較することで、DESI はハッブル定数を 68.5 km/s/Mpc と計算します。これはプランク/標準モデルの予測に非常に近い値です。
しかし、銀河のIa型超新星爆発の明るさを用いてDESIが現代宇宙のハッブル定数を測定した結果、76 km/s/Mpcという値が得られました。これは、測定に大きな不確実性があるものの、依然として張力があることを示しています。

天文学者たちは、その不確実性を減らしたいと考えている。「問題は、DESI がよりよい測定を行えるよう支援できるかどうかだ」とスコルニック氏は問う。
DESI は、結果が本当に偏りのないものとなるよう、1 つの例外を除いて、以前の測定結果に頼るのではなく、独自の宇宙距離ラダーをゼロから構築しています。これが、DESI の観測結果が以前の測定結果よりも不確実性が高い理由です。その距離ラダーは、近くの銀河または銀河群までの確実な距離測定で調整され、何らかの方法で固定される必要があります。
そのために、スコルニック氏とリース氏はハッブル宇宙望遠鏡によるかみのけ座銀河団のIa型超新星爆発の観測に目を向けた。「かみのけ座銀河団は、銀河がたくさんある、すばらしい豊かな銀河団です。銀河がたくさんあるということは、超新星もたくさんあります。しかも、それらはすべて同じ距離にあります」とスコルニック氏は語った。
これにより、彼らは 700 万光年の誤差を伴いながらも 3 億 2100 万光年の距離を計算し、DESI 観測の基準とすることができました。これは、かみのけ座銀河団の距離に関するこれまでの測定値とぴったり一致しますが、ちょっと待ってください。標準モデルは何を言っているのでしょうか。標準モデルでは、かみのけ座銀河団は 3 億 5900 万光年離れていると予測されていますが、実際はそれほど遠くありません。
「これまでの測定結果を見ると、その多くはハッブル・テンションの存在を知る前からのものだったが、標準モデルが正しければ予測される結果に近づくものは一つもなかったことがわかる」とスコルニック氏は言う。「それらはすべて、プランク測定による標準モデルが正しくないことを示している」
かみのけ座銀河団は私たちに最も近い銀河団の1つであることから、スコルニック氏はこの発見を私たちのすぐ近くにあるハッブル・テンションだと表現している。また、ハッブル・テンションは実在しないという考えにも終止符を打つはずだ。この考えは、2024年の夏、シカゴ大学のウェンディ・フリードマン氏が率いるチームがジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によるセファイド変光星と赤色巨星の観測結果を使用して10個の銀河までの距離を測定した際に広まった。フリードマン氏がこの10個の銀河に基づいてハッブル定数を測定した結果は標準モデルと一致しており、ハッブル・テンションが間違いだった可能性があることを示唆している。しかし、これはわずか10個の銀河からの大胆な結論であり、スコルニック氏は、フリードマン氏の結果は「より良い文脈で理解されるようになり、ハッブル・テンションがなくなったわけではない」と述べている。
では、ハッブル・テンションの原因は何なのだろうか？ 科学界を転覆させたいと熱望する皮肉屋は、標準モデルを捨て去る必要があると主張するかもしれないが、大切なものを捨て去るのは時期尚早だ。標準モデルは、銀河の形成、成長、進化、宇宙の大規模構造の存在の説明から、BAO のサイズを含む CMB の特徴の予測まで、数多くの成功を収めてきたことを覚えておく価値がある。
では、ハッブル・テンションの原因は何なのだろうか？現在、注目されているのは初期宇宙と、標準モデルでは予測されていなかった、測定に影響を与えた可能性のある何かがあったかどうかだ。初期宇宙でダークエネルギーの余分な爆発があったのかもしれないし、あるいは理論上の粒子でありダークマターの正体候補の1つであるアクシオンからの放射によってエネルギーが初期宇宙に注入されたのかもしれない。すべてまだ非常に推測の域を出ない。
一方、かみのけ座銀河団の結果は、ハッブル・テンションがいかに厄介なものであるかを痛感させる。実際、スコルニック氏は、かみのけ座銀河団の発見が不可逆的に謎を深めたと考えており、結論として「ハッブル・テンションは今やハッブル危機である」と不吉な言葉を発している。

カミオカンデ星団の発見は『The Astrophysical Journal』誌に掲載されることが承認されており、プレプリントも入手可能です。

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