宇宙のどこかがおかしい。
それは小さなものかもしれません：特定の星が彼らよりも近くまたは遠くに見える測定の問題、宇宙物理学者は宇宙全体の距離を測定する方法にいくつかの微調整で修正できるかもしれません。それは何か大きなものかもしれません：宇宙論におけるエラー-または一連のエラー-または宇宙の起源と進化に関する私たちの理解。その場合、空間と時間のすべての歴史が台無しになる可能性があります。しかし、問題が何であれ、それは宇宙の主要な観察を互いに一致させていません。ある方法で測定すると、宇宙は特定の速度で膨張しているように見えます。別の方法で測定すると、宇宙は異なる速度で拡大しているように見えます。そして、新しい論文が示すように、測定値がより正確になったとしても、これらの不一致は近年大きくなっています。
ノースカロライナ州立大学（NCSU）の理論宇宙論者で、新しい論文の共同執筆者であるケイティマックは、次のように述べています。 。
最も有名な2つの測定は、互いに非常に異なって機能します。 1つ目は、宇宙マイクロ波背景（CMB）に依存しています。ビッグバン後の最初の瞬間から残ったマイクロ波放射です。宇宙論者は、宇宙の全歴史の理論モデルをCMBの基礎の上に構築しました-彼らが非常に信頼しているモデルであり、それを破るにはまったく新しい物理学が必要になるでしょう。まとめると、それらはハッブル定数（H0）のかなり正確な数値を生成し、宇宙が現在どのくらいの速さで膨張しているかを制御します。
2番目の測定では、超新星と、近くの銀河にある輝く星、セファイドと呼ばれるものを使用します。それらの銀河が私たちの銀河からどれだけ離れているか、そしてどれだけ速く私たちから遠ざかっているかを測定することによって、天文学者はハッブル定数の非常に正確な測定であると信じているものを得ました。そして、その方法は別のH0を提供します。
「私たちが異なる答えを得ている場合、それは私たちが知らないことがあるということを意味します」とマックはライブサイエンスに語った。 「つまり、これは、宇宙の現在の膨張率を理解することだけではなく、これは私たちが興味を持っていることですが、宇宙がどのように進化したか、どのように膨張が進化したか、そしてすべての時空がこれを行っている時間。"
NCSUの宇宙論者であり、この論文の筆頭執筆者でもあるWeikang Lin氏は、問題の全体像を明らかにするために、H0を「拘束」するさまざまな方法をすべて1か所にまとめることに決めたと語った。この論文はまだ正式に査読または公開されておらず、プレプリントサーバーarXivで入手できます。
「制約」の意味は次のとおりです。物理学での測定では、正確な答えが得られることはほとんどありません。代わりに、可能な回答の範囲を制限します。そして、これらの制約を一緒に見れば、勉強していることについて多くを学ぶことができます。たとえば、1つの望遠鏡を通して見ると、空間内の光の点が赤、黄、またはオレンジのいずれかであることがわかります。別の人は、それが宇宙の他のほとんどのライトよりも明るいが太陽よりは明るくないと言うかもしれません。別の人はそれが惑星のように空を横切って動いているとあなたに言うかもしれません。これらの制約はそれだけでは多くのことを教えてくれませんが、まとめると、火星を見ていることを示唆しています。
リン、マック、および3人目の共同執筆者であるNCSUの大学院生であるLiqiang Houは、H0と、宇宙の「質量分率」と呼ばれるΩmと呼ばれるものの制約について調べました。エネルギーであり、どれだけ重要か。 Lin氏によると、H0の多くの測定値はΩmも制約しているため、それらを一緒に見ると便利です。
それがこのカラフルなプロットを生み出しました：
ストレッチされたマゼンタの楕円形のラベルが付けられたWMAPは、ウィルキンソンマイクロ波異方性プローブとして知られているCMBの過去の主要なNASAの研究に基づいて可能であった、可能な質量分率とハッブル定数の範囲です。 CV SN（「Cepheid-Calibrated Type-Ia Supernovae」の略）というラベルの付いた黄色の列は、宇宙の質量分率を制約せず、H0を制約するセファイド超新星測定を指します。 SN P（「Type-Ia Supernovae Pantheon」の略）というラベルの付いた赤いバーは、宇宙の質量分率に対する主要な制約です。
WMAPとCV SNのエッジが重なり、ほとんどが赤いバーの外側にあることがわかります。それは数年前の不一致の写真でした、とマックは言いました：2つの測定値が異なる答えをもたらすことを心配するのに十分重要ですが、小さな微調整と互換性がないほど重要ではありません。
しかし、近年、プランクコラボレーションと呼ばれるグループからのCMBの新しい測定値があります。 2018年に最新のデータセットをリリースしたプランクコラボレーションは、宇宙の質量分率と膨張率に非常に厳しい制約を課しました。
今、著者が書いた、宇宙の2つの大きく異なる画像が現れます。 PlanckとWMAPは、H0とΩmを制約する他のさまざまなアプローチとともに、ほぼ互換性があります。プロットの白いダッシュの円の中にある場所があります。そこでは、宇宙がどれほど速く膨張しているか、そして宇宙がどれほど物質でできているかについて、同様の答えをすべて認めています。プロット上のほとんどすべての形状がその円を通過していることがわかります。
しかし、実際に私たちのローカルユニバース内の物事がどれだけ離れているか、どれだけ速く移動しているかに基づいて、最も直接的な測定は一致しません。セファイドの測定値は右側にあり、エラーバー（淡い黄色のビット、可能性のある値の範囲を示す）も破線の円を通過しません。そして、それは問題です。
「この数か月間、この分野で多くの活動がありました」と、この論文に関与しなかったスタンフォード大学の宇宙論学者、リサ・ウェクスラーは言いました。 「したがって、すべてを要約して見るのは本当に素晴らしいことです。基本的なパラメータであるH0とΩmの観点からそれをフレーミングすることは本当に明確です。」
それでも、ウェクスラー氏はLive Scienceに、結論に飛びつかないことが重要だと語った。
「それは新しい物理学が存在することを意味するかもしれないので、人々はこれに興奮しています、そしてそれは本当にエキサイティングになるでしょう」と彼女は言った。
CMBモデルが何らかの方法で間違っている可能性があり、それが物理学者が宇宙を理解する方法にある種の体系的なエラーを引き起こしています。
「誰もがそれを気に入るだろう。物理学者たちは自分たちのモデルを壊すのが好きだ」とウェクスラー氏は語った。 「しかし、このモデルは今のところかなりうまく機能しているので、私の前の話は、私を説得するにはかなり強力な証拠がなければならないということでした。」
研究では、物理学の新しい部分を1つだけ導入することによって、ローカルユニバースのセファイド測定値を他のすべてのセファイド測定値と一致させることは難しいことを示しています。
マック氏によると、超新星セファイドの計算が間違っている可能性があるという。たぶん、物理学者が私たちのローカル宇宙の距離を間違って測定していて、それが誤算につながっています。しかし、その誤算がどうなるか想像するのは難しい、と彼女は言った。多くの天体物理学者がゼロからローカル距離を測定し、同様の結果を生み出しています。著者が提起した1つの可能性は、私たちが銀河が少なく重力が少ない宇宙の奇妙な塊に住んでいるため、私たちの近所が宇宙全体よりも速く拡大していることです。
この問題への答えはすぐそこにあるかもしれないと彼女は言った。しかし、それはおそらく数年または数十年先です。
「それは宇宙で新しい何かであるか、または私たちの測定について理解していないものです」と彼女は言った。
ウェクスラー氏は後者に賭けるだろうと述べた-関係するいくつかの測定値の周りのエラーバーにはおそらく正しくないものがあり、それらが解決されると画像はよりうまくフィットするだろうと。
今後の測定は、矛盾を明らかにするかもしれません-それを説明するか、それを高めるかのいずれかであり、物理学の新しい分野が必要であることを示唆しています。 2020年にオンラインになる予定のラージシノプティック調査望遠鏡は、何億もの超新星を発見するはずです。これは、天体物理学者が銀河間の距離を測定するために使用しているデータセットを大幅に改善するはずです。結局、マックは、重力波の研究は宇宙の膨張を抑制するのに十分良くなり、宇宙論に別のレベルの精度を追加するはずだと語った。物理学者はオブジェクトがリアルタイムでお互いから離れて拡大するのを見るのに十分敏感な機器を開発するかもしれないと彼女は言った、
しかし今のところ、宇宙学者たちはまだ待っていて、なぜ宇宙の測定値が一緒に意味をなさないのか疑問に思っています。
