4月 13, 2024

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私たちは巨大な真空の中で生きているのでしょうか? 研究は、これが宇宙膨張の謎を解決する可能性があることを示唆しています

私たちは巨大な真空の中で生きているのでしょうか? 研究は、これが宇宙膨張の謎を解決する可能性があることを示唆しています

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クレジット: パブロ カルロス ブダシ / ウィキペディア、CC BY-SA

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クレジット: パブロ カルロス ブダシ / ウィキペディア、CC BY-SA

宇宙論における最大の謎の一つは、宇宙の膨張率です。 これは、宇宙論の標準モデル (別名宇宙論) を使用して予測できます。 ラムダ冷暗黒物質 (ΛCDM)。 このモデルは、ビッグバンからの残留光、いわゆる宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) の詳細な観測に基づいています。

宇宙の膨張により、銀河は互いに遠ざかります。 彼らは私たちから遠ざかるほど、より速く動きます。 銀河の速度と距離の関係は、ハッブル定数によって決まります。ハッブル定数は、メガパーセク (天文学における長さの単位) あたり毎秒約 43 マイル (70 km) です。 これは、銀河が100万光年離れるごとに、時速約5万マイルの速度が増加していることを意味します。

標準モデルにとって残念なことに、この値は最近論争があり、科学者が「 ハッブル張力。 近くの銀河や超新星(爆発する星)を使って膨張率を測定すると、CMBに基づいて予測したときよりも10%大きくなりました。

私たちの中で 新しい用紙 に発表されました 王立天文協会の月次通知私たちは、考えられる説明の 1 つを提供します。それは、私たちが巨大な真空の宇宙 (平均より密度が低い領域) に住んでいるということです。 我々は、これにより、空隙からの物質の流れによって局所的な測定値が増幅される可能性があることを示しました。 流出は、真空を囲む密度の高い領域が真空を引き離し、真空内の低密度物質よりも大きな引力を発揮するときに発生することがあります。

このシナリオでは、半径約 10 億光年、密度が宇宙全体の平均より約 20% 低い、つまり完全に空ではない真空の中心近くにいる必要があります。

このような大きくて深い空隙は標準模型では予想外であるため、物議を醸しています。 CMB は初期の宇宙の構造のスナップショットを提供し、今日の物質はかなり均一に広がっているに違いないことを示唆しています。 ただし、さまざまな領域の銀河の数は直接計算されます。 すでに提案されています 私たちは局所的な空白の中にいます。

重力の法則を修正する

私たちは、初期の時代の小さな密度変動から生じた大きな真空の中に私たちが住んでいると仮定して、いくつかの異なる宇宙論的観測を照合することで、この考えをさらにテストしたいと考えました。

これを行うには、 モデル これには ΛCDM は含まれていませんでしたが、修正ニュートン ダイナミクス (MOND) と呼ばれる代替理論が含まれていました。

MOND はもともと銀河の回転速度の異常を説明するために提案され、「暗黒物質」と呼ばれる目に見えない物質の存在が示唆されるようになりました。 代わりにMONDは、銀河の外側領域など重力が非常に弱い場合には、これらの異常はニュートンの重力法則の破綻によって説明できると示唆している。

MOND における全体的な宇宙膨張の歴史は標準モデルと似ていますが、構造 (銀河団など) は MOND の方がより速く成長します。 私たちのモデルは、MOND ユニバースのローカル ユニバースがどのように見えるかを捉えています。 これにより、今日の拡大率のローカルな測定値が場所に応じて変動する可能性があることがわかりました。

最近の銀河観測により、さまざまな場所での予測速度に基づいて、モデルの重要な新しいテストが可能になりました。 これは、密度の高いかどうかにかかわらず、特定のボール内の材料の平均速度であるバルクフローと呼ばれるものを測定することによって行うことができます。 これはボールの半径によって異なります。 最終メモ 提案 それは続く 10億光年まで。

興味深いことに、この規模の銀河の大規模な流れは、標準模型で予想される速度の 4 倍でした。 また、標準モデルの予測に反して、検討対象の領域のサイズに応じて増加するように見えます。 これが標準モデルと一致する確率は 100 万分の 1 未満です。

CMBの温度変動(色の変化)。 クレジット: NASA

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CMBの温度変動(色の変化)。 クレジット: NASA

このことから、バルクフローの研究で何が予測されるかを確認するようになりました。 非常に良い結果が得られることがわかりました マッチ メモに。 これには、真空の中心にかなり近く、真空の中心がより空であることが必要です。

事件は解決しましたか?

私たちの結果は、ハッブル テンソルに対する一般的なソリューションが問題に直面しているときに得られました。 もっと正確な測定が必要なだけだと考える人もいます。 また、現地で測定した高い膨張率を仮定することで問題を解決できると考える人もいます。 実は正しい。 しかし、CMB が依然として正しく見えるためには、初期宇宙の膨張履歴をわずかに調整する必要があります。

残念なことに、ある影響力のあるレビューでは 7 つの点が強調されています。 問題 このアプローチでは。 宇宙の歴史の大部分において宇宙が 10% 速く膨張した場合、宇宙は約 10% 若くなることになりますが、これは一般的な理論と矛盾します。 年齢 最古のスターの一人。

銀河集団における深く広がった局所的な空隙の存在と、観測された高速大規模な流出は、ΛCDM において数千万光年から数億光年のスケールで構造が予想よりも速く成長していることを強く示唆しています。

興味深いことに、大規模な銀河団が存在することがわかっています。 エル・ゴルド 形成された 早すぎる 宇宙史上、標準模型に当てはまらないほどの質量と衝突速度を持っています。 これは、このモデルでは構造が非常にゆっくりと形成されるというさらなる証拠です。

このような大きなスケールでは重力が支配的な力であるため、アインシュタインの重力理論と一般相対性理論をスケール上でのみ拡張する必要があるでしょう。 100万光年より大きい

しかし、このサイズの重力に束縛された物体は存在しないため、これよりはるかに大きなスケールで重力の挙動を測定する良い方法はありません。 私たちは一般相対性理論が依然として有効であると仮定し、それを観測と比較することができますが、まさにこのアプローチこそが、私たちの最良の宇宙論モデルが現在直面している極度の緊張につながるのです。

アインシュタインは、そもそも問題を引き起こしたのと同じ考え方では問題を解決することはできない、と言ったと考えられています。 たとえ必要とされる変化が根本的ではないとしても、重力理論を変える必要があることを示す信頼できる証拠が、1世紀以上ぶりに現れる可能性がある。

詳しくは:
Sergey Mazurenko et al.、ハッブルテンソルと 250 時間 -1 メガパー秒の間に観測されたバルクフローの同時解、 王立天文協会の月次通知 (2023年)。 土井: 10.1093/mnras/stad3357

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