Albert Einstein（アルバート・アインシュタイン）が1915年に一般相対性理論を発表したとき、それは私たちの宇宙観を変えた。彼の重力モデルは、3世紀以上にわたって天文学と物理学を支配してきたニュートン重力が、より繊細で優美なモデルの近似に過ぎないことを示した。Einsteinは、重力は単なる力ではなく、宇宙の構造の基礎であることを示した。Einsteinによれば、重力は空間と時間自体の構造を定義するものであった。
しかし、この1世紀の間に、私たちはEinsteinでさえ想像できなかったほど多くのことを宇宙について学んできた。重力レンズ効果のような観測の一部は一般相対性理論を明確に確認するものである一方で、他の観測はこのモデルに穴を開けるようにみえる。銀河の回転運動は重力単独での予測と一致せず、天文学者たちはダークマターを導入することとなった。宇宙の膨張は一定ではなく加速しており、これはダークエネルギーの存在を示唆している。一部の天文学者にとって、これは新しいモデルの必要性を示している。実験室では未だ検出されていないそれらのダークな物質なしで、恒星や銀河の運動を説明できる何かが必要なのである。最も有力な代替案は修正重力理論に焦点を当てている。
標準的な宇宙論モデルはLCDMモデルとして知られている。Lはラムダを表し、一般相対性理論において宇宙膨張率を表す記号でありダークエネルギーを表している。一方、CDMは冷たいダークマター（cold dark matter）を表している。このモデルは、約137.8億年前に高温で高密度な状態から始まった膨張する宇宙を記述する。これは通常物質が約5%、ダークマターが25%、ダークエネルギーが70%で構成される宇宙である。現在、このモデルが観測的証拠によって最もよく支持されている。修正重力モデルには大きな壁がある。LCDMモデルを覆すためには、それが予測するすべてを説明すると同時に、ダークマターとダークエネルギーの必要性を排除しなければならない。
今年、その壁はさらに高くなった。Dark Energy Spectroscopic Instrument（DESI）共同研究グループによって発表された一連の論文において、標準宇宙論モデルがEinsteinのモデルと完全に一致することが確認された。DESI観測は110億光年にわたる宇宙時間において約600万の銀河を地図化し、天文学者たちは銀河の集団化だけでなく、その集団化が時間とともにどのように変化するかを見ることができた。これは現在までに作られた最大の3次元宇宙地図である。
LCDMモデルは宇宙の構造について非常に厳密な予測を行う。もしダークエネルギーが時空の本質的な性質ではなく、一種の斥力であったなら、集団化は観測されたものとは異なる進化を示すはずである。もしダークマターが修正重力による錯覚であったなら、銀河の集団化のスケールは異なるものとなるはずである。この最新の観測は、修正重力モデルが成立しないことを明確に示している。この結果は、どのような修正重力モデルが可能かを強く制約し、現在提案されている多くのモデルを否定するものである。これらの新しい結果に基づけば、Einstein重力、ダークマター、そしてダークエネルギーからなる標準宇宙論モデルが、観測された宇宙に最もよく適合するモデルである。
依然として解決すべき謎は残されており、最も重要なものはハッブル張力問題である。おそらく新しい修正重力モデルがこの謎を解き、ついにEinsteinを打ち負かすかもしれない。しかし今のところ、あの癖毛の天才は依然として頂点に君臨し続けている。
参考文献:
- Adame, A. G., et al. “DESI 2024 II: Sample Definitions, Characteristics, and Two-point Clustering Statistics.” arXiv preprint arXiv:2411.12020 (2024).
- Adame, A. G., et al. “DESI 2024 V: Full-Shape Galaxy Clustering from Galaxies and Quasars.” arXiv preprint arXiv:2411.12021 (2024).
- Adame, A. G., et al. “DESI 2024 VII: Cosmological Constraints from the Full-Shape Modeling of Clustering Measurements.” arXiv preprint arXiv:2411.12022 (2024).
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