宇宙は本来よりも速く拡大しているように見えます。そして、その理由は誰にもわかりません。新しい超精密距離測定は、この問題を悪化させるだけでした。
12月3日にクリック可能で、人類は突然、太古の昔から受け取りたい情報、つまり星までの正確な距離を手に入れました。
「星の名前またはその場所を入力すると、すぐに答えが得られます」と、シカゴ大学カーネギーオブザーバトリーの宇宙学者であるバリーマドール氏はビデオ通話中に語った 。 「一般的に...」-彼は沈黙した。
「私たちはこのデータで溢れています」と、同じ大学の宇宙学者であり、マドールの妻であり同僚であるウェンディ・フリードマンは言い ました。
「これについての私の興奮を誇張することはできません」と、ダークエネルギーの発見への貢献で2011年ノーベル賞を受賞したジョンズホプキンス大学のアダムリースは電話 で述べました。 「ビデオに切り替えて、何が私をとても魅了したかをお見せしましょう。」画面を共有できるようにズームに切り替えました。画面には、星の位置に関する新しいデータを説明する美しいグラフがあります。
このデータはガイア宇宙船によって収集されました 欧州宇宙機関。過去6年間、彼は150万キロメートルのとまり木から星を見つめてきました。望遠鏡は13億個の星の視差を測定しました-それらへの距離を与える星の見かけの位置の小さな変化。 「ガイアの視差は、これまでで最も正確な距離測定です」と、トロント大学の天体物理学者であるジョー・ボビーは述べてい ます。
そして、宇宙論者にとって最も楽しいのは、新しいガイアカタログに特別な星が含まれていることです。この距離は、他のすべてのより遠い距離の尺度として機能します。したがって、新しいデータは、現代の宇宙論の最大の問題である「ハッブル張力」[ハッブル張力]という宇宙の予想外の急速な膨張を即座に悪化させました。
張力は次のとおりです。宇宙の既知の構成要素とそれを支配する方程式に基づいて、メガパーセクあたり毎秒67 kmの速度で膨張する必要があること がわかります。つまり、私たちと銀河、それは私たちから67キロ速く飛ぶはずです...ただし、実際の測定値は常にこの値を超えています。銀河はあまりにも速く飛んでいます。この不一致は、宇宙には未知の加速因子があるに違いないという不穏な考えを示唆しています。
「新しい物理学を発見することは信じられないほど素晴らしいことです」とフリードマンは言いました。 「これに基づいて発見できることを密かに望んでいます。しかし、私たちは自分たちが正しいことを確認する必要があります。これを明示する前に行うべき作業はたくさんあります。」
この作業には、膨張率測定で考えられるエラーの原因を減らすことが含まれます。これらの情報源の最大のものは、私たちに最も近い星までの距離でした-そしてこの距離は新しい視差データによって洗練されました。
ジャーナルTheAstrophysicalJournalの論文に掲載された 論文の中でRieszのチームは、新しいデータを使用して拡張率を改善しました。彼らはメガパーセクあたり毎秒73.2kmを取得しました。これは以前の見積もりと一致していますが、エラーが1.8％に減少したのは今だけです。これは、予測された速度との不一致を補強するだけです 67。
フリードマンとマドールは間もなく、この速度の 独自の新しく改善された測定値を公開することを計画しています。彼らはまた、新しいデータがそれらの次元を強化するだけで、変更しないと信じています。それらは、Rieszや他のグループのものよりは小さいものの、それでも予測を上回っています。
2013年12月にガイアを立ち上げて以来、ガイアは私たちに最も近い宇宙の部分の理解に革命をもたらした2つの大規模なデータセットをリリースしました。しかし、ガイアの以前の視差測定は皆を失望させました。「最初のデータリリースを見たとき」、2016年に「私たちは泣きたい気分でした」とフリードマンは言いました。
予期しない問題
視差の測定が簡単だったとしたら、コペルニクス的転回はもっと早く起こったはずです。
16世紀、 コペルニクスは地球が太陽を中心に回転することを示唆しました [そのような仮定は彼よりずっと前に表現されましたが、ヨーロッパでは天動説は一般的に受け入れられていると考えられていました ]。しかし、それでも天文学者は視差について知っていました。コペルニクスが正しく、地球が動いている場合、彼らは空の星の位置がシフトすることを期待していました-通りを渡ったときにあなたが見る街灯柱がその後ろの遠くの丘に対してシフトするのと同じように。天文学者の ティコ・ブラーエはそのような変化を検出せず、地球は動いていないと結論付けました。
それでも、それは動いていて、星は私たちから非常に遠くにあるので、ごくわずかではありますが、動いています。
1838年になって初めて、ドイツの天文学者 フリードリヒヴィルヘルムベッセルは年周視差を検出することができました。ベッセルは、周囲の星に対する61のはくちょう座の星系の角度シフトを測定し、 それが私たちから10.3光年の距離にあると結論付けました[彼の同時代人の比喩的な表現で、「初めてたくさん投げられました。宇宙の奥深くに、底に達した」/約..。あたり。]。そして、その測定値は真実とわずか10％しか異なっていませんでした-ガイアの新しい測定値は、このシステムの2つの星が私たちから11.4030と11.4026光年の距離にあり、数千分の1を与えるか取ると言います。
システム61スワンは私たちに非常に近いです。天の川のより典型的な星は、100分の1アーク秒しか移動しません。これは、現代の望遠鏡カメラのピクセルの100分の1です。それらの動きを決定するには、特殊な超安定装置が必要です。ガイアはこの目的のために特別に設計されましたが、望遠鏡をオンにすると、予期せぬ問題に直面しました。
望遠鏡は一度に2つの方向を見ることで機能し、2つの視野で星の角度の違いを追跡します、と1993年のガイアプロジェクトの著者の1人であり、分析するチームのリーダーであるLennartLindergenは 説明 しました。新しい視差データ。正確な視差測定には、2つの視野間の角度が一定である必要があります。しかし、ミッションの開始時に、科学者たちはこれが事実ではないことを発見しました。望遠鏡は太陽に対して回転するときにわずかに曲がり、視差を模倣した動きに振動が忍び寄りました。さらに悪いことに、このシフトは、オブジェクトの場所、色、明るさに複雑に依存していました。
しかし、データが収集されたとき、科学者たちは、偽の視差を実際の視差から分離する方が簡単であることに気づきました。Lindegrenと彼の同僚は、新しいデータから望遠鏡のぐらつきのほとんどを取り除くことができ、また、研究者が星の位置、色、明るさに基づいて視差の変化を修正するために使用できる式を導き出しました。
階段を上る
新しいデータを武器に、リース、フリードマン、マドールとそのチームは、宇宙の膨張率を再計算することができました。一般的に、膨張率を測定するには、銀河が私たちからどれだけ離れているか、そして銀河が私たちからどれだけ速く離れているかを理解する必要があります。速度の測定は簡単ですが、距離は難しいです。
最も正確な測定は、宇宙の距離の複雑なはしごに依存してい ます「。最初のステップは「標準的なろうそく」です。銀河の内側と外側にある、明確に定義された明るさの星で、視差を測定するのに十分な距離にあります。これが、物体までの距離を測定する唯一の方法です。次に、天文学者は、これらの標準的なろうそくの明るさを近くの銀河の薄暗いものの明るさと比較して、距離を計算します。これは、はしごの2番目の段です。まれで明るい爆発があるために選択された銀河までの距離を知る Ia型超新星。、天文学者はさらに遠くにある銀河までの相対距離を測定することができます。そこにはすでに私たちにとって薄暗いタイプIa超新星もあります。これらの遠方の銀河の速度とそれらまでの距離の比率は、空間の膨張速度を示します。
したがって、視差はこの設計全体にとって重要です。 「最初のステップである視差を変更すると、それに続くすべてのステップも変更されます」と、距離梯子アプローチのリーダーの1人であるリースは述べています。 「最初のステップの精度を変更すると、他のすべての精度が変更されます。」
Rieszのチームは、ガイアで測定された75個のセファイド視差を使用しました。 -脈動変光星、彼らが彼らの好ましい標準的なろうそくとして選んだ-宇宙の膨張率の彼らの測定を再較正するために。
距離はしごゲームでのリースの主なライバルであるフリードマンとマドールは、近年、ケフェイド変光星がはしごの上段に影響を与えるエラーを隠している可能性があると主張し始めています。したがって、彼らのチームは、それらに依存することなく、ガイアデータセットのさまざまな標準キャンドル（ケフェイド変光星、こと座RR型変光星、赤色巨星分枝の上部の星など）に基づく測定値を組み合わせてい ます。 炭素星。
「ガイアの新しいデータは私たちに安全なプラットフォームを提供します」とマドールは言いました。彼女とフリードマンは、新しいデータとその調整式がうまく機能していると述べました。測定値を構築および分析するさまざまな方法を使用する場合、グラフ上の点は、ケフェイド変光星や他の星を示し、ランダムなエラーについて話すと、ほとんどためらうことなく、美しく直線上に落ちます。
「それは、私たちが実際に実際のデータを取得していることを示しています」とマドール氏は述べています。