ビッグバンを否定しないが、興味深い「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」の最新観測結果

ビッグバンから現代までのラムダCBR宇宙を示す図(画像:Alex Mittelmann/Coldcreation)

さて、ではまず明らかなことから始めまよう。ビッグバンは死んでいないのだ。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による最近の観測は、そうではないと主張する記事があるにもかかわらず、ビッグバンを否定するものではない。もし、あなたがそれだけを聞きたかったのなら、良い一日を。とはいえ、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の最新の観測は、宇宙についていくつかの奇妙で予期せぬことを明らかにしている。

まず、噂から始めまよう。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の新しいデータは、ビッグバンが間違っていることを示唆しているのだろうか?ハッブル宇宙望遠鏡が何年も前に発表したのと同じタイプのデータだ。1つ目は、遠くの銀河ほど近くの銀河よりも赤方偏移が大きいこと、2つ目は、宇宙が宇宙マイクロ波背景放射で満たされているということだ。前者は宇宙が四方八方に膨張していることを、後者は宇宙がかつて非常に高温で高密度の状態であったことを示唆している。これらはビッグバンを裏付ける「3本の柱」のうちの2本となり、最後に、初期宇宙における元素の相対的な存在量が3本目の柱となる

しかし、これらの観測結果はビッグバンモデルの基礎に過ぎない。私たちは、これらを発展させて、Λ-CDMモデルとも呼ばれる宇宙論の標準モデルを作って久しい。それは、ビッグバンで始まった宇宙が、物質、暗黒物質、暗黒エネルギーで満たされているというものだ。宇宙膨張の加速度から銀河の集積に至るまで、すべてがこの標準モデルを支持している。そして、標準モデルは他の観測的検証についても予測を立てており、その妥当性をさらに証明することができるのです。そこで登場するのが、最新の「ビッグ・バスト」の主張だ。

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JWST はハッブルよりずっと深いところを見ることができる(画像:NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))

この二次検定のひとつに、トルマン表面輝度テストというものがある。これは、1930年代にRichard Chace Tolmanによって提案されたもので、銀河の見かけの明るさと大きさを比較するものだ。明るさと大きさの比は、表面光度と呼ばれる。一般に、銀河が大きくなればなるほど明るくなるはずなので、どの銀河の明るさもほぼ同じになるはずだ。遠方の銀河ほど暗く見えるが、見かけの大きさが小さいので、表面の明るさは同じになる。トルマン表面輝度テストは、拡大しない静的な宇宙では、距離に関係なく、すべての銀河の表面の明るさがほぼ同じになるはずだと予測している。

しかし、私たちが見ているものは、そうではない。しかし、遠くの銀河ほど、近くの銀河よりも明るさが衰えている。この明るさは、銀河の赤方偏移に比例している。このことは、遠くの銀河が私たちから速く離れていることの証明になると思うかもしれないが、実はそうではない。もし、それらの遠方の銀河がスピードを上げて遠ざかっているとしたら、2つの減光効果があるはずだ。赤方偏移と、距離がどんどん長くなっていくことだ。トルマン表面輝度テストでは、単純な膨張宇宙では、銀河の表面の明るさは赤方偏移と距離の両方に比例して減少するはずだと予測されている。しかし、私たちは赤方偏移の効果しか見ていないのだ

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CMBは疲れた光を否定している(画像: Ned Wright)

このことから、光が時間とともにエネルギーを失っていく静止宇宙を仮定する考え方がある。いわゆる「疲れた光仮説」と呼ばれるもので、ビッグバン反対派の間では非常に有名だ。もし宇宙が静的で、光が疲れているのなら、トルマン表面輝度テストは我々が観測した通りのことを予測することになりる。従って、ビッグバンは起きないのだ。

2014年、Eric Lernerらがまさにこの点を指摘する論文を発表した。それがきっかけで、大衆メディアでは「ビッグバン死亡!」の記事が相次いだ。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡がビッグバンを殺したという最新の主張は、同じEric Lernerの人気記事から始まった。それが今に至っている。公平に見て、2014年当時、ハッブルの観測結果はLernerの主張を裏付けていたし、最新のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測結果もそうである。しかし、Lernerが論文で都合よく省略したのは、ハッブルとウェッブの観測もΛ-CDMモデルを支持しているということ。

赤方偏移は銀河が我々から遠ざかっていることを証明するものだというのは、よくある誤解だ。実際はそうではない。遠くの銀河は、宇宙空間を高速で移動しているのではないのだ。宇宙空間そのものが膨張して、私たちとの距離が広がっている。これは微妙な違いだが、銀河の赤方偏移は、相対的な運動ではなく、宇宙の膨張によって引き起こされることを意味する。また、遠くの銀河は、静止した宇宙で見るよりも少し大きく見えるということだ。遠くの銀河は小さいが、宇宙膨張によって大きくなったように錯覚してしまうのだ。その結果、遠方銀河の表面の明るさは、赤方偏移にのみ比例して暗くなる。

もちろん、宇宙マイクロ波背景放射のおかげで、疲れた光光が間違いであることは分かっている。静的な宇宙には、原始の火の玉の熱の残骸がないのだ。また、遠くの銀河はぼやけて見え、遠くの超新星は宇宙膨張によって時間軸がずれて見えることもない。すべての証拠を裏付ける唯一のモデルがビッグバンなのだ。Lernerの主張は古いものであり、長い間反証されてきたものだ。

とはいえ、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は珍しいものを発見している。最も重要なことは、銀河の数が多いことと、本来あるべき数よりも遠くにある銀河を発見したことだ。これは、私たちの標準モデルに革命的な変化をもたらす可能性がある。現在のところ、ビッグバン後、宇宙は暗黒時代と呼ばれる時期を経たと理解されている。この時期には宇宙の最初の光は消え、最初の星や銀河はまだ形成されていなかった。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の感度は非常に高く、暗黒時代の直後に形成された最も若い銀河のいくつかを見ることができる。そのような若い銀河は、後にできた銀河に比べて数も少なく、発達もしていないと予想される。しかし、新しいジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測によって、非常に赤方偏移した非常に若い銀河が、ありふれたものでありながら、驚くほど成熟していることがわかったのだ。

これは、天文学者が期待していたような、不可解で予想外のデータです。私たちがジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のような高性能な望遠鏡を作りたいと思ったのは、このためだ。そして、ビッグバンモデルは間違っていないけれども、私たちが仮定していることのいくつかは間違っているかもしれないということを教えてくれてる。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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