宇宙は太りつつあるのでしょうか？宇宙の加速膨張は「超新星」によって引き起こされる可能性がある...

1920 年代後半、エドウィン・ハッブルは、銀河の後退速度が地球からの距離に比例することを発見しました。これは有名な「ハッブルの法則」であり、宇宙は静止しているのではなく、常に膨張していることを示しています。この発見はビッグバン理論の重要な証拠の一つです。

しかし天文学者たちは長い間、宇宙の膨張は減速しつつあると信じてきた。しかし、天文学者が科学界に爆弾のように衝撃を与える驚くべき発見をしたのは、前世紀の終わりになってからのことだった。宇宙は加速的に膨張している可能性があるというのだ。

宇宙が加速的に膨張している理由を説明するには、「超新星」、正確にはIa型超新星から始める必要があります。これは特別なタイプの超新星であり、その爆発メカニズムによりピーク光度がほぼ均一になるため、「標準光源」として使用できます。天文学者は、さまざまな距離にある Ia 型超新星の見かけの等級を観測し、既知の絶対等級と距離係数の式を組み合わせて、地球からの距離を測定します。 1990 年代後半、2 つのチームが Ia 型超新星を観測してハッブル定数の推定値を改善しようと試みました。ハッブル定数は、宇宙の膨張率を表す重要な物理量です。これは銀河の遠ざかる速度と距離の比例関係を表しています。彼らは当初、この研究によって、宇宙の膨張が現在よりも過去にどれだけ速かったかを知ることができると考えていた。結局、それ以前は、科学者たちは全員一致で、ビッグバンの初めに宇宙があまりにも速く膨張し、重力がそれを保持する時間がなかったと信じていました。その後の長い年月の間に、重力が追いつき、膨張を遅らせようとしてきました。しかし、Ia型超新星を宿す遠方の銀河と近隣の銀河の同様の研究を比較したところ、驚くべき結果が出た。 1998年、両チームは観測結果から、遠い昔には宇宙はよりゆっくりと膨張していたことが示唆されることを発見した。つまり、宇宙は過去よりも現在の方が速く膨張しており、これは宇宙の膨張が加速していると考えることができます。

ハッブルの法則によれば、銀河の後退速度は地球からの距離に比例します。後退速度は銀河スペクトルの赤方偏移によって決定できます。赤方偏移が大きいほど、銀河の後退速度は速くなります。多数の超新星の観測により、超新星が遠いほど赤方偏移が大きくなることがわかった。遠くにある超新星は暗く、予想よりも赤方偏移が大きい。これは宇宙が加速的に膨張していることを意味する。

では、宇宙の加速膨張の背後にある神秘的な力とは何でしょうか?これは現代物理学における最も差し迫った謎の一つとなっている。物質と重力の伝統的な理論、つまり通常の物質と暗黒物質によって生成される既知の重力によれば、宇宙は重力の影響下で徐々に減速しながら膨張し、最終的には縮小する可能性もある。そのため、科学者たちは、物質間の重力を克服し、宇宙の加速膨張を促進できる、反重力特性を持つ前例のない神秘的なエネルギーが存在すると推測しています。この神秘的なエネルギーは「ダークエネルギー」と呼ばれています。

ダークエネルギーとはいったい何でしょうか?まだ結論は出ていません。科学者たちは、それが宇宙の全質量エネルギーの約68%を占めると推測しています。現在の物理学の理解によれば、ダークエネルギーは物質ではありません。それは物質とは根本的に異なる神秘的な形態のエネルギーです。直接観測することはできず、その存在は宇宙の膨張への影響を通じて間接的に推測することしかできません。

現在のほとんどの観測証拠と理論モデルから判断すると、宇宙は加速的に膨張しているというのが広く受け入れられている見解ですが、依然として不確実性や論争が残っています。まず、宇宙の膨張を観測するために使用されるすべての方法には、一定の誤差があります。たとえば、超新星の観測は星間塵の影響を受ける可能性があり、星間塵は光を吸収して散乱させ、それによって観測される超新星の明るさが変化し、距離の推定が不正確になります。さらに、ダークエネルギーモデルは宇宙の加速膨張を説明できますが、ダークエネルギーの性質は依然として大きな謎のままです。さらに、ダークエネルギーはまだ直接検出されていないため、宇宙の加速膨張の説明に慎重な科学者もいる。

宇宙はこれからも膨張し続けるのだろうかと疑問に思う人も多いかもしれません。宇宙の最終的な運命はどうなるのでしょうか?実際、科学界は現段階ではこれらの質問に正確に答えることができず、宇宙の未来についていくつかの可能性を提示することしかできません。

現在最も主流となっている見解は、ダークエネルギーの存在により宇宙は膨張し続けるというものである。暗黒エネルギーが支配的であり続けるなら、宇宙は無限に加速しながら膨張し続けるだろう。遠い将来、銀河間の距離が非常に大きくなり、銀河間の重力によるつながりは完全に切断されるでしょう。星は一つずつ燃料を使い果たして、やがて消滅し、宇宙は果てしない暗闇と寒さに陥ります。いわゆる「ビッグフリーズ」エンディングです。

しかし、ダークエネルギーのエネルギー密度が突然減少したり、重力的な性質に変化したりするなど、ダークエネルギーの性質が予期せず変化した場合、宇宙の進化の道筋はまったく異なるものとなるでしょう。宇宙は減速膨張の状態に戻るか、収縮し始め、最終的にはすべての物質が再び集まり、ビッグバンの反対の「大崩壊」を引き起こす可能性があります。宇宙は最初の特異点状態に戻り、次の「転生」の発生を待ちます。

もうひとつのより極端な可能性は「ビッグリップ」で、ダークエネルギーの反発力がどんどん強くなり、最終的には銀河、星、さらには原子までも引き裂き、宇宙は完全に崩壊するだろう。

宇宙が今後も膨張を続けるかどうかについては、「大凍結」、「大崩壊」、「大裂け」のいずれの可能性もあります。これらの予測は現在の宇宙論と観測データのみに基づいていますが、まだ多くの不確実性が残っています。これらの予測は、将来科学が発展するにつれて変化する可能性があります。

現時点ではダークエネルギーについてはほとんど何も分かっておらず、ダークエネルギーは存在しないのではないかと推測する人もいるため、遠い将来に宇宙が膨張し続けるかどうか、そして宇宙の運命がどうなるのかは、まったくわかりません。おそらくいつの日か私たちはダークエネルギーの謎を解くことができるでしょう。そうして初めて、私たちは宇宙の膨張の本質を完全に理解し、宇宙の最終的な運命を予測することができるようになるでしょう。

著者: 星は光になる

査読者：中国科学院国家宇宙科学センター研究員 李明涛

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司