研究者らは、天の川銀河とアンドロメダ銀河の間の動きを研究することで、暗黒エネルギーを検出および測定できる可能性のある方法を発見した。この技術はまだ初期段階にあるが、暗黒エネルギーの単純なモデルである宇宙定数の上限を推定することができ、これは初期宇宙で決定された値よりも5倍高い。
1990年代後半にダークエネルギーが初めて発見されて以来、科学者たちは非常に遠い銀河を使ってダークエネルギーを研究してきましたが、まだそれを直接検出したことはありません。しかし、ケンブリッジ大学の研究者らは、アンドロメダ銀河と天の川銀河が共有質量を考慮してどのように互いに向かって移動するかを研究することで、暗黒エネルギーの最も単純なモデルである宇宙定数の値に上限を設けることができることを発見した。彼らが見つけた上限は、初期宇宙から検出できる宇宙定数の値の5倍です。
この技術はまだ開発の初期段階にあるが、私たち自身の宇宙近傍を研究することでダークエネルギーを検出できるかもしれない、と研究者らは言う。この研究結果は、The Astrophysical Journal Letters に掲載されました。
小さな昆虫から巨大な銀河に至るまで、私たちの世界や空で目に見えるものはすべて、観測可能な宇宙のわずか 5 パーセントを占めています。残りは暗黒物質です。科学者たちは、宇宙の約 27 パーセントは物体を結びつける暗黒物質でできており、68 パーセントは物体を押し離す暗黒エネルギーであると考えています。
筆頭著者で応用数学・理論物理学科のデイビッド・ベニスティ博士は、「ダークエネルギーとは、アインシュタインの重力理論に追加できる一連のモデルを包括する用語である。その最も単純なバージョンは宇宙定数として知られており、銀河を互いに遠ざける一定のエネルギー密度である。」と述べた。
宇宙定数は、アインシュタインが一般相対性理論に即席で追加したものです。 1930 年代から 1990 年代にかけて、宇宙の膨張を加速させる未知の力、暗黒エネルギーが発見されるまで、宇宙定数はゼロに設定されました。しかし、ダーク エネルギーには少なくとも 2 つの大きな問題があります。それは、それが何であるかわからないということと、それを直接検出していないということです。
ダークエネルギーが最初に発見されて以来、天文学者はダークエネルギーを検出するさまざまな方法を開発してきましたが、そのほとんどは初期宇宙の物体を研究し、それらが私たちからどれだけの速さで遠ざかっていくかを測定するものでした。数十億年前の暗黒エネルギーの影響を解読することは簡単な作業ではありません。暗黒エネルギーは銀河間の弱い力であるため、銀河内のはるかに強い力によって簡単に克服されます。
しかし、宇宙には暗黒エネルギーに驚くほど敏感な領域が1つあり、それはまさに私たちの宇宙の裏庭にあります。アンドロメダは天の川銀河に最も近い銀河であり、2 つの銀河は衝突しています。距離が近づくにつれて、2 つの銀河はお互いの軌道を非常にゆっくりと回り始めます。 1周するのに200億年かかります。しかし、巨大な重力のため、約 50 億年後には、個々の軌道が完成する前に、2 つの銀河は合体して衝突し始めます。
ベニスティ氏は、「アンドロメダは、私たちからそれほど遠くない唯一の銀河なので、その質量と運動を研究することで、宇宙論的定数と暗黒エネルギーについて何らかの判断ができるかもしれない」と述べた。
ベニスティ氏とその共著者であるDAMTPのアン・デイビス教授と天文学研究所のウィン・エヴァンス教授は、2つの銀河の質量の最良推定値に基づいて一連のシミュレーションを実施し、暗黒エネルギーがアンドロメダ銀河と天の川銀河の相互作用に影響を与えていることを発見した。
「暗黒エネルギーはすべての銀河に影響を及ぼします。重力は銀河を引き寄せようとしますが、暗黒エネルギーは銀河を引き離します」とベニスティ氏は語った。 「私たちのモデルでは、宇宙定数の値を変更すると、2 つの銀河の軌道がどのように変化するかがわかります。それらの質量に基づいて、宇宙定数の上限を決定できます。これは、宇宙の他の場所から測定した値よりも約 5 倍高くなります。」
この技術は非常に価値があることが判明するかもしれないが、暗黒エネルギーを直接検出することはできない、と研究者らは言う。ジェームズ ウェッブ望遠鏡 (JWST) からのデータは、アンドロメダの質量と運動のより正確な測定値を提供し、宇宙定数の上限を下げるのに役立ちます。
さらに、他の銀河のペアを研究することで、この技術をさらに改良し、暗黒エネルギーが私たちの宇宙にどのような影響を与えるかを決定することが可能になります。 「暗黒エネルギーは宇宙論における最大の謎の一つだ。その影響は距離や時間によって異なる可能性があるが、この技術がその謎の解明に役立つことを期待している」とベニスティ氏は語った。