宇宙は引き裂かれつつあるのか？犯人は空の掃除機かもしれません!

おそらく、この真空が宇宙の膨張の原因なのだろうか？

暗黒エネルギーで満たされた真空が宇宙の膨張を引き起こしている可能性がある

ここに掲載されているのは、宇宙の網を芸術的に表現した図です。その構造は巨大なクモの巣に似ており、黒い背景に多数の紫色の糸といくつかのオレンジ色の糸が点在しています。 （画像提供：フォルカー・シュプリンゲル他、マックス・プランク天体物理学研究所）

新たな研究によると、宇宙の大部分を占めるほぼ完全に空の広大な空間が、宇宙の膨張を加速させている可能性があるという。これは、これらの広大な空き空間が、宇宙を分裂させている謎の力であるダークエネルギーの存在を説明できるかもしれないことを意味します。

真空の世界へようこそ

もし太陽系と天の川銀河の物質をすべて取り除くと、自然界最大の構造である宇宙の網という興味深い現象が発見されるだろう。この規模では、銀河全体でさえ光構造の点にすぎません。天文学者は、観測される細長いロープをフィラメント構造と呼び、より密度の高いものはクラスター構造と呼び、その間の空間はほぼ完全に空です。これらの空間は巨大な宇宙の真空です。最小のボイドスペースの長さは 2000 万光年、最大のボイドスペースの長さは 1 億 6000 万光年を超えます。

真空は、蜘蛛の巣の隙間のように、ほとんど空であるにもかかわらず、宇宙の体積の大部分を占めています。実際、観測可能な宇宙の果てまで広がる宇宙の網とは別に、宇宙の真空もまた宇宙で最大のものなのです。

虚空のエネルギー

天文学者は1970年代後半に初めて宇宙の真空を検出したが、それ以来その結果は無視されてきた。その代わりに、当時の天文学者や宇宙学者は、銀河や星団など、宇宙の目に見える部分の物理的構造の探究に主に焦点を当てていました。これらの研究を通じて、天文学者は 1990 年代に暗黒エネルギーという驚くべき事実を発見しました。

ダークエネルギーは、観測可能な宇宙の加速膨張からその名前が付けられています。これは、宇宙が毎日拡大しているだけでなく、その速度もどんどん速くなっていることを意味します。

この時代、天文学者たちは宇宙の膨張がなぜ加速しているのか、それが約50億年前に始まったということ以外、全くわかっていなかった。したがって、「ダークエネルギー」という用語が生まれました。これは、クールな名前を持つ巨大な宇宙論のパズルです。

真空とダークエネルギーの関係は何ですか?まず、加速膨張の影響は、物質間の重力のほうがはるかに強いため、恒星系や銀河の内部では感じられません。たとえば、私たちの太陽系も天の川銀河も、暗黒エネルギーによって大きくなっているわけではありませんが、物質間の空間がほぼ完全に空であるため、この膨張の影響を受けやすくなっています。したがって、膨張効果が最も強いこの加速膨張の特性を研究することが非常に重要です。

イランの理論物理学者チームが発表した新たな研究論文は、この考えをさらに推し進めた。 7月にデータベースarXivで事前公開され、最終的にMonthly Notices of the Royal Astronomy: Lettersに掲載されたこの論文で、著者らは、ダークエネルギーは真空中に発見されたのではなく、真空がダークエネルギーの生成を引き起こしたと主張した。

暗闇の中で

これらの巨大な真空領域はどのようにして宇宙の膨張を加速させるのでしょうか?著者によれば、その答えは宇宙の真空が存在するからだけではなく、真空がエネルギーを生み出すからでもあるという。

宇宙の真空は単に存在しているだけではなく、宇宙の他の大きな構造と同様に、低い出発点から現在の巨大な構造へとゆっくりと成長してきました。数十億年前、宇宙のすべての物質は均等に分布しており、場所によって密度は似ていました。時間が経つにつれて、物質がより多く存在する領域は、物質がより均等に分散している領域よりも多くの物質を引き寄せるようになりました。物質がどんどん集まるにつれて、これらの領域はより強い重力を生み出し、成長速度は速くなりました。数十億年かけて物質が集まり、銀河、星団、星団が形成されました。

このような構造物質が生成されるにつれて、真空領域は徐々に大きくなります。しかし、それを受動的なプロセスとして考えるのではなく、真空が周囲の物質に及ぼす圧力を測定することによって真空の成長を測定することができます。たとえば、真空領域が大きくなるにつれて、銀河の境界は徐々に薄くなり、最終的には消滅し、すべての真空が融合します。今後数十億年の間に、真空は宇宙の網を解体し、すべての物質を数億光年の長さの真空の塊に分離させるでしょう。

この圧力は、宇宙の他のすべての物質やエネルギーと同様に、空間と時間の真空を歪める可能性があります。空間と時間の歪みは、真空の膨張によって銀河の境界が押し広げられ、銀河が分離することを意味します。

著者らは、宇宙にあるすべての大規模な真空が一緒になって宇宙の網を溶解し、宇宙の加速膨張を引き起こしていることを発見した。この真空駆動力の加速膨張は、現在のダークエネルギー仮説と一致しています。

天文学者はこの点を証明するためにさらなる研究を必要としている。一方では、真空によって生成される全圧力をより正確に計算するために、より多くの真空測定が必要であり、他方では、暗黒エネルギー、特にそのエネルギーが過去数十億年の間に変化したかどうかについて、より詳しく知る必要があります。あるいは、興味深い考え方があります。それは、ダークエネルギーは宇宙の外部の力やプロセスによって生成されるのではなく、単に宇宙の真空の通常の進化の副産物である可能性があるということです。

この記事は最初にLife Sciences誌に掲載されました。

著者:ポール・サッター

FY: いろいろ

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