天文学者や物理学者は、ビッグバンからの年数を数え、遠く離れた銀河からの光の赤方偏移を見て最も古い星を調べることで、宇宙の年齢を決定してきた。こうして、Λ-CDMモデルを用いて、新しい方法論と技術の進歩により、2021年に私たちの宇宙の年齢は137億9700万年と推定されてきた。
だが、宇宙は私たちが考えているよりも2倍ほど古い可能性が、主要な宇宙論モデルに挑戦する新しい研究によって明らかになった。
オタワ大学の専門家は新しいモデルを考案し、ビッグバンは267億年前に起こったと主張している。これは、従来の推定値のほぼ2倍である。
これまで、137億年前に始まったとされてきた宇宙論では、多くの科学者は、推定された宇宙の年齢よりも古い星の存在や、初期の銀河の発見によって悩まされてきた。
例えば、てんびん座にあるメトセラは、136億5000万年から152億5000万年前の星と推定されている。さらに、NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、進化が進んでいると思われる初期の銀河をいくつか発見している。
新しい研究は、支配的な宇宙論モデルに挑戦するものであり、いわゆる「ありえない初期銀河問題」に新たな光を当てるものだ。
著者のRajendra Gupta氏（オタワ大学理学部物理学非常勤教授）は、次のように語っている。「我々の新しく考案したモデルは、銀河形成の時間を数十億年引き延ばし、宇宙の年齢をこれまでの推定の137億歳ではなく、267億歳とするものです」。
疲れた光(Tired Light)仮説によれば、膨大な宇宙の距離を移動する間に光子のエネルギー損失が進行することで、遠方の銀河からの光が赤方偏移するとされている。しかし、それは観測結果と矛盾するように見えた。今回、Gupta氏は、「この理論を膨張する宇宙と共存させることで、赤方偏移を膨張のみによるものではなく、ハイブリッドな現象として解釈し直すことが可能になる」ことを発見した。
Gupta氏はまた、Paul Diracが仮定した、進化する「結合定数」という考え方も紹介した。結合定数とは、粒子間の相互作用を支配する基本的な物理定数である。Diracによれば、これらの定数は時間の経過とともに変化している可能性があるという。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が高赤方偏移で発見した初期銀河の形成期間は、進化させることによって、数億年から数十億年に延ばすことができる。このことは、これらの古い銀河の質量と成長の度合いをより論理的に正当化するものである。
さらにGupta氏は、宇宙の加速膨張の原因となる暗黒エネルギーを表す「宇宙定数」についての従来の理解を更新する必要があると提案している。その代わりに、結合定数がどのように進化してきたかを説明する定数を提案している。
「この宇宙論モデルの修正は、初期宇宙で観測された銀河のサイズが小さいという謎を解くのに役立ち、より正確な観測を可能にします」と彼は声明で付け加えた。
宇宙は我々が考えているよりもずっと古いかもしれず、それは宇宙最大の謎のいくつかに光を当てることになるかもしれない。
論文
- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: JWST early Universe observations and ΛCDM cosmology
参考文献
- University of Ottawa: Reinventing cosmology: uOttawa research puts age of universe at 26.7 — not 13.7 — billion years
- ScienceAlert: The Entire Universe Could Be Twice as Old as We Thought
研究の要旨
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)の深宇宙観測により、ビッグバン後約0.3Gyrの高赤方偏移(z〜15)に存在する宇宙初期の銀河の構造と質量は、約10Gyr存在した銀河と同様に進化している可能性があることが明らかになった。このようにJWSTの発見は、Λ-CDM宇宙論モデルと強い緊張関係にある。疲弊光（TL）モデルはJWSTの銀河の大きさのデータに適合することが示されているが、宇宙マイクロ波背景（CMB）観測の等方性を満足に説明することができず、また超新星の距離係数対赤方偏移のデータにもうまく適合することができない。我々は、膨張宇宙における疲れた光の概念を含むハイブリッドモデルを開発した。ハイブリッドΛ-CDMモデルは超新星1a型のデータにはよく合うが、JWSTの観測には合わない。我々は、修正されたFLRW メトリックとその結果として得られたアインシュタイン方程式とフリードマン方程式から出発した共分散結合定数(CCC)を持つモデルと、CCC + TLのハイブリッドモデルを発表する。それらはPantheon +のデータに見事に適合し、CCC + TLモデルはJWSTの観測に適合している。このモデルは宇宙の年齢を26.7Gyrまで伸ばし、z=10では5.8Gyr、z=20では3.5Gyrと、大質量銀河を形成するのに十分な時間を与えている。したがって、原始ブラックホールの種や修正されたパワースペクトルの存在、大質量集団III星の急速な形成、超エディントン降着率などを必要とせずに、「不可能な初期銀河」問題を解決することができる。CCCモデルは、動的宇宙定数を持つΛ-CDMモデルの拡張であると推測できる。
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