SuperNova /アクセラレーションプローブ、SNAP。画像クレジット：Berkeley Labクリックして拡大
宇宙の膨張を加速させる神秘的な暗黒エネルギーとは何ですか？それはアインシュタインの有名な宇宙定数の何らかの形ですか、それとも宇宙の4分の3を占める可能性のある「本質」と呼ばれるエキゾチックな反発力ですか？ローレンスバークレー国立研究所（バークレーラボ）とダートマスカレッジの科学者たちは、調査する方法があると信じています。
フィジカルレビューレターで発表される論文で、バークレーラボの物理学者エリックリンダーとダートマスのロバートコールドウェルは、暗黒エネルギーの物理学モデルを個別のシナリオに分けて、アインシュタインの宇宙定数を除外し、性質を説明するために使用できることを示しています。暗黒エネルギーの。さらに、科学者は、NASAと米国エネルギー省によって提案された共同暗黒エネルギーミッション（JDEM）のために計画されている実験で、これらのシナリオのどれが正しいかを判断できるはずです。
「科学者たちは、「それが何であるかを知るために暗黒エネルギーをどの程度正確に測定する必要があるのか」という疑問を論じてきました。 「私たちの論文で行ったことは、測定の精度限界を提案することです。幸い、これらの制限はJDEM実験の範囲内である必要があります。」
LinderとCaldwellはどちらもJDEMのDOE-NASAサイエンス定義チームのメンバーであり、ミッションの科学的要件を作成する責任があります。 LinderはSNAPの理論グループのリーダーですか？ SuperDova / Acceleration Probe、JDEMミッションを実行するために提案された車両の1つ。ダートマスの物理学と天文学の教授であるコールドウェルは、典型的な概念の創始者の1人です。
物理レビューレターの彼らの論文で、リンダーとコールドウェルは2つのシナリオを説明しています。1つは「解凍」と呼ばれ、もう1つは「凍結」と呼ばれます。解凍シナリオでは、膨張の加速度は徐々に減少し、最終的には、ドライバーがアクセルペダルを緩めると車のように停止します。膨張はもっとゆっくり続くかもしれません、あるいは宇宙は再び崩壊するかもしれません。氷点下のシナリオでは、アクセルペダルを床に押し込んだ車のように、加速は無期限に続きます。宇宙はますます拡散し、最終的に私たちの銀河は宇宙に孤立してしまいます。
これら2つのシナリオのどちらでも、アインシュタインの宇宙定数は除外されます。リンダーとコールドウェルのショーで初めて、アインシュタインのアイデアを他の可能性から明確に分離する方法が示されました。ただし、どのようなシナリオでも、ダークエネルギーは考慮に入れなければならない力です。
Linder氏は次のように述べています。「ダークエネルギーは宇宙のコンテンツの約70％を占めるため、物質のコンテンツよりも支配的です。つまり、ダークエネルギーが膨張を支配し、最終的には宇宙の運命を決定することになるのです。」
1998年、2つの研究グループが宇宙の分野を揺さぶり、宇宙の拡大が加速しているという独自の発表を行いました。タイプIa超新星、特徴的なエネルギーで爆発する深宇宙の星からの光の赤方偏移を測定することにより、オーストラリアを中心とするバークレー研究所に本社を置く超新星宇宙プロジェクトのチームと高Z超新星探査チームは、宇宙の拡大を決定しました実際には加速ではなく減速です。この加速された拡大の背後にある未知の力には、「ダークエネルギー」という名前が付けられました。
ダークエネルギーが発見される前は、ビッグバンが重力によって徐々に減速する宇宙の膨張をもたらしたと従来の科学的見識は保持していました。宇宙の物質の内容が十分な重力を提供した場合、ある日、膨張は完全に停止し、宇宙はビッグクランチでそれ自体にフォールバックします。物質による重力が膨張を完全に止めるのに不十分だった場合、宇宙は永遠にばらばらになり続けるでしょう。
「1998年の発表とその後の測定から、宇宙の加速された膨張が過去100億年のいつかまで開始されなかったことがわかりました」とコールドウェルは言います。
宇宙学者たちは今、正確に暗黒エネルギーが何であるかを決定するために奮闘しています。 1917年にアインシュタインは宇宙論的定数で彼の一般相対性理論を修正しました、それは値が正しければ、宇宙が完全にバランスの取れた静的な状態で存在することを可能にします。歴史上最も有名な物理学者はこの定数の追加を「最大の失敗」と呼びますが、ダークエネルギーの発見によりこのアイデアは復活しました。
「宇宙定数は、重力が宇宙を引き寄せないようにする真空エネルギー（空の空間のエネルギー）でした」とリンダーは言います。 「宇宙定数の問題は、それが一定であり、同じエネルギー密度、圧力、および時間の状態方程式であるということです。しかし、暗黒エネルギーは、宇宙の最も初期の段階では無視できなければなりませんでした。そうでなければ、銀河とそのすべての星は決して形成されなかっただろう。」
アインシュタインの宇宙定数が今日の宇宙をもたらすためには、エネルギースケールが宇宙の他の何よりも桁違いに小さくなければなりません。これは可能かもしれないが、可能性は低いとリンダーは言う。空気、土、火、水に加えて、古代ギリシャ人の5番目の要素にちなんで名付けられた「本質」の概念を入力してください。彼らはそれが月と星をその場に留めている力であると信じていました。
「クインテッセンスは、加速する膨張を促進するのに十分な負の圧力を持つ、エネルギーの動的で時間発展する空間依存型です」とコールドウェルは言います。 「宇宙定数は非常に特殊な形のエネルギーですか？真空エネルギー？真髄には幅広い可能性が含まれています。」
真髄の可能性を制限し、暗黒エネルギーの源としての立候補を確認する基本的なテストの確固たる目標を提供するために、リンダーとコールドウェルはモデルとしてスカラー場を使用しました。スカラーフィールドは、空間内のすべてのポイントの方向ではなく、値の尺度を持っています。このアプローチにより、著者らは、潜在エネルギーを最小値まで緩和するスカラー場としての真髄を示すことができました。張力下にある一連のばねを考えて、重力の正圧を打ち消す負圧を加えます。
「典型的なスカラーフィールドは、各スプリングが異なる長さに伸ばされた状態で、空間のすべてのポイントをカバーするスプリングのフィールドのようなものです」とリンダー氏は述べています。 「アインシュタインの宇宙定数の場合、各ばねは同じ長さで静止します。」
彼らの解凍シナリオでは、拡大する宇宙の物質密度の減少が徐々にそれを解放するまで、典型的な場のポテンシャルエネルギーが「凍結」されていました。氷点下のシナリオでは、宇宙がインフレーションを受けて以来、真の場はその最小ポテンシャルに向かって動いてきましたが、宇宙を支配するようになると、それは徐々に一定の値になります。
SNAPの提案は、カリフォルニア大学バークレー校および他の多くの機関の同僚と協力して、バークレーラボの物理学者、天文学者、およびエンジニアが研究開発を行っています。それは、深宇宙軌道にある3ミラー、2メートルの反射望遠鏡を必要とします。これは、毎年何千ものタイプIa超新星を見つけて測定するために使用されます。これらの測定は、解凍または凍結シナリオのいずれかを明確に示すのに十分な情報を提供する必要がありますか？またはまったく新しい未知の何かに。
Linder氏は、次のように述べています。「SNAPを使用して行うことができる測定などの結果が解凍または凍結のシナリオの外にある場合、おそらく、アインシュタインの一般理論の修正など、もっと珍しい物理学を検討する必要があるかもしれません。暗黒エネルギーを説明する相対性理論の。」
元のソース：Berkeley Labニュースリリース
