方向は、私たち人間がかなり慣れているものです。私たちは友好的な地上の環境に住んでいるため、上下、左右、前方、後方という観点から物事を見ることに慣れています。そして私たちにとって、私たちが移動したり移動中でない限り、基準フレームは固定されており、変化しません。しかし、宇宙論に関しては、物事はもう少し複雑になります。
長い間、宇宙論者は宇宙は均一で等方性である、つまり基本的にすべての方向で基本的に同じであると信じてきました。この意味では、空間に関しては「上」や「下」などはなく、完全に相対的な参照ポイントのみが存在します。ロンドン大学の研究者による新しい研究のおかげで、その見方は正しいことが示されました。
彼らの研究のために、「宇宙はどのように等方性ですか?」という題名で、研究チームは宇宙マイクロ波背景(CMB)(ビッグバンから残された熱放射)の調査データを使用しました。このデータは、2009年から2013年の間にESAのPlanck宇宙船によって取得されました。
次に、チームはスーパーコンピューターを使用してそれを分析し、空間に拡張の「優先方向」があるかどうかを示す分極パターンがあるかどうかを判断しました。このテストの目的は、最も広く受け入れられている宇宙論モデルの基礎となる基本的な仮定の1つが実際に正しいかどうかを確認することでした。
これらの最初の仮定は、宇宙がビッグバンによって作成されたというものです。これは、宇宙が拡張状態にあるという発見と宇宙マイクロ波背景の発見に基づいています。 2番目の仮定は、空間が均一で等方性であることです。つまり、大規模な物質の分布に大きな違いはありません。
宇宙論の原理としても知られているこの信念は、部分的にはコペルニクスの原理(宇宙には地球には特別な場所がないと述べている)とアインシュタインの相対性理論に基づいています。観察者に。
この理論は常に問題があり、問題は明らかに小さなスケール(つまり、星系、銀河、銀河団など)で均一に分布されていません。しかし、宇宙学者はこれについて小スケールのゆらぎは初期宇宙で起こった量子ゆらぎによるものであり、大スケールの構造は均質性の一つであると言って論じてきました。
宇宙で最も古い光の変動を探すことにより、科学者たちはこれが実際に正しいかどうかを判断しようと試みてきました。過去30年間、これらの種類の測定は、Cosmic Background Explorer(COBE)ミッション、Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP)、Planck宇宙船などの複数のミッションによって実行されてきました。
彼らの研究のために、ダニエラサーデとスティーブンフィーニーが率いるUCLの研究チームは、少し異なる見方をしました。電子レンジの背景の不均衡を探す代わりに、彼らは空間が拡張の好ましい方向を持っているかもしれないという兆候と、これらがCMBにどのようにそれらを刻印するかを探しました。
Daniela Saadeh(UCLの博士課程の学生であり、論文の筆頭著者)がSpace Magazineに電子メールで伝えたように:
「プランクミッションのデータを使用して、ビッグバンからの遺物放射である宇宙マイクロ波背景(CMB)の温度と偏光を分析しました。実際のCMBを、異方性宇宙でどのように見えるかについての予測と比較しました。この検索の後、これらのパターンの証拠はなく、宇宙は大規模に等方性であるという仮定は適切なものであると結論付けました。」
基本的に、彼らの結果は、宇宙が異方的である可能性が121 000分の1しかないことを示しました。言い換えると、証拠は、宇宙がすべての方向に均一に拡大していることを示しており、それによって、大規模な方向感覚であるという疑念が取り除かれています。
ある意味で、これは少しがっかりです。なぜなら、均一ではなく、すべての方向で同じである宇宙は、アインシュタインの場の方程式の一連の解を導くからです。これらの方程式自体は時空に対称性を課しませんが、標準モデル(それらが含まれる)は、与えられた一種として均質性を受け入れます。
これらのソリューションは、19世紀後半にイタリアの数学者ルイージビアンキによって提案されたビアンキモデルとして知られています。 3次元の時空に適用できるこれらの代数理論は、制限が少ないために得られ、異方性のある宇宙を可能にします。
一方、Saadeh、Feeney、および彼らの同僚によって行われた研究は、現在の宇宙論モデルが依存している主な仮定の1つが確かに正しいことを示しています。そうすることで、彼らはまた、長期的な議論に近づくという非常に必要な感覚を提供しました。
「過去10年間に、CMBに大規模な異方性の兆候が潜んでいるかどうかについてかなりの議論がありました」とSaadeh氏は述べています。 「宇宙に異方性がある場合、その歴史と内容に関する計算の多くを修正する必要があります。 Planckの高品質データには、宇宙論の標準モデルでこのヘルスチェックを実行する絶好の機会があり、良いニュースは安全であることです。」
次回、夜空を見上げているときは、忘れないでください。それは、地球に立っているときだけの贅沢です。そこには、まったく別の球技があります!だから、いつでもどこでも「方向性」と呼ぶこのことを楽しんでください。
また、UCLチームが作成したこのPlanckミッションのCMBデータを示すアニメーションを必ずチェックしてください。