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ジョンズ・ホプキンス大学の研究者によると、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)が収集した新しいデータは、宇宙膨張に関するこれまでの発見を裏付けるものであり、科学者らが宇宙を誤解していたことを意味するかもしれないと報告している。

ハッブル宇宙望遠鏡による観測とJWSTによる観測を組み合わせることで、より局所的な宇宙における膨張率(ハッブル定数とも呼ばれる)の測定が強化された。そしてその値は、太古の宇宙のものとは決定的に異なっている。私たちの星ではなく、私たちのモデルに問題があるようだ。

「測定誤差が否定された今、残っているのは、我々が宇宙を誤解しているという現実的でエキサイティングな可能性です」と、筆頭著者でありノーベル賞受賞者でもあるボルチモアにあるジョンズ・ホプキンス大学の物理学者、Adam Riess教授は声明の中で述べている。注目すべきは、Riess氏が宇宙の膨張が加速しているという事実を共同で発見し、この膨張の原因としてダークエネルギーという考えを生み出したことでノーベル賞を受賞したことである。

宇宙における物体の距離を測定するには、いくつかの方法がある。ひとつはIa型超新星を利用する方法である。これらの爆発は、白色矮星が破滅的に崩壊して爆発するのに十分な物質を奪ったときに発生するため、常にほぼ同じ光度を持っている。その限界には一つの閾値があるため、生成される光は常に同じである。

白色矮星の明るさを知り、その明るさを測定することで、白色矮星がどれだけ暗くなったかを知ることができる。このトリックが有効な天体のもう一つのクラスは、ケフェイド変光星である。天文学者のHenrietta Swan Leavitt氏は、この天体の脈動が固有光度と連動していることに気づいた。

Webb Hubble confirm Universe s expansion rate
地球から約1億3,000万光年離れた銀河NGC 5468の画像。ハッブル宇宙望遠鏡とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータを合成した。この銀河は、ハッブルがケフェイド変光星を確認した銀河の中で最も遠い銀河である。 (Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI))

Ia型超新星は、銀河系内で100年に1度起こると予想されているため、明るいとはいえ、それほど一般的ではない。ケフェイド変光星はより一般的だが、ハッブルの懸念のひとつは、その光が他の星と混同されたり、塵の影響を受けたりすることだった。

JWSTは塵を見通すことができ、その能力は混同することなく特定の星を正確に見つけることができる。JWSTの観測には、合計1,000個のケフェウス座を含む8つのIa型超新星の5つのホスト銀河が含まれており、2つの独立した方法を用いている。観測は実に1億3千万光年先まで及んだ。

このデータは、ケフェイドの観測の誤差がハッブル定数の緊張に寄与していないことを示している。この食い違いは、測定の誤りによるものではないのだ。「我々は今、ハッブル宇宙望遠鏡が観測した全範囲に及んでおり、ハッブル定数の緊張の原因として測定誤差を非常に高い信頼性で除外することができる」とRiess氏は付け加えた。

Comparison of Hubble and Webb views of a Cepheid variable star
ケフェイド変光星として知られる特殊な星が、これらの画像の中央上に見える。NASAによると、この変光星は宇宙の膨張速度を測定するための「マイルポストマーカー」として使用されている(Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI))

JWSTの新しい測定結果は、ハッブル望遠鏡の測定結果を確認するものであったため、研究者たちは、ハッブル定数の緊張の謎に答えるためには、宇宙膨張の要素を測定できる新しい天文ツールが必要になるかもしれないと述べている。

昨年打ち上げられたユークリッド・ミッションや今後予定されているいくつかの天文台は、その観測量の多さだけで、緊張状態に対するより良い洞察を与えてくれるかもしれない。また、これまで驚異的な予測能力を示してきた現在の宇宙理解が、そこに見えるものを理解するためにどのように変化させる必要があるのかを理解する助けにもなるだろう。

「宇宙の始まりと現在を結びつける方法について、私たちが何かを見逃していないかどうかを突き止める必要があります」とRiess氏は言う。


論文

参考文献

研究の要旨

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)による、距離梯子の幾何学的アンカーであるNGC4258と、8つのIa型超新星の5つのホストにおける、1000個を超えるケフェイドの高解像度観測を紹介する。これらの銀河は、それぞれ平均150個以上という最大のセファイドのサンプルを含んでおり、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)で以前に観測された近赤外線(NIR)のセファイドと統計的に最も強く比較することができる。また、ハッブル宇宙望遠鏡でハッブル定数を決定するために使用された距離の範囲にまたがっているため、HSTの測定における距離依存のバイアスを探索することができます。JWSTの優れた解像度は、HSTで測定された近赤外ケフェイドの周期-光度関係(リービット則)の最大の分散源であるクラウディングノイズを否定する。ケフェイドの位相を制約するために2つのエポックを使用し、赤色化を除去するために3つのフィルターを使用することと合わせて、ケフェイドのP-L関係の分散を2.5分の1に減らすことができました。HSTとJWSTの平均距離には有意な差はなく、-0.01±0.03等星であった。この結果は、ゼロ点や、金属量依存性、局所的な混雑、フィルターの選択、関係の傾きなどの解析のバリエーションとは無関係である。ハッブル張力 “の原因として、HSTによるケフェイド測光の、距離とともに大きくなるクラウディングが認識されていないという仮説を、8.2σ、つまりハッブル張力そのものよりも高い信頼度で棄却することができる。つまり、ハッブル張力そのものよりも信頼度が高いのである。我々は、セファイド座の測光の誤差は、距離の階梯を越えても張力には大きく寄与しないと結論づけた。

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