JWSTが宇宙の膨張率の謎に挑む

宇宙は膨張しているが、その速度については天文学者の間で意見が一致していない。そして、NASA のスーパースター観測所、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、膨張する宇宙に対する私たちの理解に問題があることを確認した。JWST の新しい測定は、この種のものの中で最も正確だが、科学者がこの成長を追跡する 2 つの方法の不可解な不一致を解消するものではない。

1929 年、天文学者のエドウィン ハッブルは、私たちが見ることができるすべての銀河が私たちから遠ざかっていることを発見しました。銀河までの距離と銀河の移動速度の関係は、現在ではハッブルの法則として知られています。この法則は、同じくハッブルの法則の名前の由来となったハッブル定数を使用して、宇宙の膨張速度を説明しています。また、宇宙の年齢も教えてくれます。天文学者はハッブル定数を使用して、宇宙が空間内の 1 点であったとき、つまりビッグバンまで時間を「巻き戻す」ことができます。

この基本的な数値を測定するには、主に 2 つの方法があります。1 つは、宇宙の始まりから宇宙マイクロ波背景放射の小さな変動を追跡する方法です。もう 1 つは、セファイドと呼ばれる明滅する星を観察する方法です。しかし、これら 2 つの方法は一致しません。この不可解な不一致はハッブル テンションと呼ばれ、これが宇宙モデルの問題なのか、測定の問題なのかは不明です。

もしそれが私たちの測定によるものであれば、その誤差はセフェイド星の調査方法に起因する可能性があります。天文学者はこれらの天体を「標準光源」の一種、つまり宇宙にある固有の明るさがわかっている物体とみなしています。私たちはこれらの星の 1 つが空でどれほど明るく見えるかを観察できます。暗い場合は遠く、明るい場合は近いということです。

研究者たちは、これらの星の明るさを距離を測る基準として使います。そして、分光法などの方法を使って、遠く離れた銀河の動きを測定できます。これらの観察結果をまとめると、宇宙がどれだけ速く膨張しているかがわかります。

[関連: NASA、オリオン星雲の綿菓子色の雲のハッブル画像を公開]

「このようにセファイド変光星を使う場合、その明るさを正確に測定していることを非常に確信している必要があります。そうでないと、距離の測定が間違ってしまいます。しかし、セファイド変光星は銀河の密集した部分にある場合があり、望遠鏡の感度が十分でなければ、セファイド変光星とその周りの星をはっきりと区別することはできません」と、米国科学・工学・医学アカデミーのプログラム責任者である天文学者タリーニ・コンチャディ氏は説明する。

JWST 以前は、ハッブル宇宙望遠鏡 (HST) がセファイド星の測定を最も正確に行っていました。HST は、密集した領域で個々のセファイド星を区別できませんでしたが、JWST はそれが可能で、実際にそうしました。JWST は 2 つの遠方の銀河をのぞき込み、ハッブル定数を HST の 2.5 倍正確に測定しました。

「ウェッブの測定により、セフェイドの測定におけるノイズが劇的に削減されました」と、ジョンズ・ホプキンス大学の天文学者でプロジェクトリーダーのアダム・リースはNASAのプレスリリースで述べた。「このような改善は天文学者が夢見ているものです！」

JWST の大きな利点の 1 つは、赤外線で宇宙を観測できることです。これは、望遠鏡とセファイド流星群の間にある塵を切り抜けるのに役立ちます。「鮮明な赤外線視覚は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のスーパーパワーの 1 つです」とリース氏は語りました。

[関連: 宇宙は何歳ですか? 私たちの答えはますます正確になっています。]

しかし、新しい測定値は、誤差範囲が小さいというだけで、HST の測定値と一致したため、古い数値に謎を確信を持って結び付けることはできません。

しかし、リース氏とチームの新しい結果はほんの始まりに過ぎず、彼らはまだ JWST で観測すべき銀河を数多く抱えている。「ハッブル テンションの解決策として JWST が混雑を完全に排除したかどうかについては、まだ結論が出ていないと思います」とシカゴ大学の天文学者アビゲイル リー氏は言う。「[JWST が観測する予定の] 残りの 42 個の銀河のデータを分析すれば、ハッブル テンションが実際に存在しているのか、それともセファイドの測定に単に誤差があるだけなのかが明らかになるでしょう。」

宇宙の運命、あるいは少なくともハッブルの緊張は、JWST だけにかかっているわけではない。今後数年間で他の多くの施設が稼働し、この調査にさらなる証拠を提供するだろう。たとえば、ベラ・ルビン天文台は来年開設され、数夜ごとに南の空全体をスキャンする予定で、おそらくさらに多くのセフェイド星を発見するだろう。

「私たちは、これまでで最も機密性が高く、広範囲にわたるデータが天文学者に押し寄せる段階にいます」とコンチャディ氏は言う。まだ明確な答えはないかもしれないが、天文学者たちはこの謎を解明しようと間違いなく取り組んでいる。

この投稿は、膨張率を測定するための天文学的方法についての追加の詳細を含めるように更新されました。