アルバート・アインシュタインの重力の予測は、この基本的な力が宇宙規模でどのように作用するかを調査する国際研究チームによって確認されました。ポーツマス大学の天体物理学者を含む科学者たちは、ダークエネルギー分光放射計 (DESI) を使用して、110 億年にわたる 600 万近くの銀河のクラスタリングをマッピングしました。彼らによる DESI の初年度データの詳細な分析は、これほど大規模なアインシュタインの一般相対性理論の最も厳密なテストの 1 つであり、重力が宇宙をどのように形作るかについての重要な洞察を提供します。
重力の仕組みに関するアルバート・アインシュタインの予測は宇宙規模で検証されました。
国際研究者チームは宇宙規模での重力の影響を研究しており、その結果は重力の仕組みに関するアルバート・アインシュタインの予測を裏付けています。
暗黒エネルギー分光計 (
DESI の初年度データの複雑な分析は、一般相対性理論と重力が宇宙規模でどのように動作するかについて、これまでで最も厳密なテストの 1 つを提供します。
銀河とそのクラスタリングを時間の経過とともに観察すると、宇宙の構造がどのように成長したかが明らかになり、DESI は宇宙の加速膨張の別の説明である修正重力理論をテストできるようになりました。
DESI は、米国エネルギー省 (DOE) のローレンス バークレー国立研究所 (バークレー研究所) によって管理されています。英国で DESI に参加している機関は次のとおりです。
宇宙の膨張構造の解析
研究者らは、銀河が時間の経過とともにどのように集合するかを研究することで、宇宙の構造がどのように進化したかを明らかにするパターンを発見した。
これにより、DESI の科学者は修正重力理論、つまりしばしば暗黒エネルギーに起因する宇宙の加速膨張の別の説明をテストすることができました。
彼らは、銀河が私たちの標準的な重力モデルとアインシュタインの予測と一致する方法で集まっていることを発見しました。
この結果は、宇宙の主要なモデルを検証し、宇宙の膨張などの予期せぬ観測を説明する代替案として提案されている修正重力理論の可能性を制限します。
研究協力と洞察
ポーツマス大学、ダラム大学、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンなど、英国のいくつかの大学が DESI の最新の研究結果に関与しています。
本日、DESI コラボレーション チームはオンライン リポジトリ arXiv に複数の論文を公開し、研究結果を共有しました。
この新しい分析は、ポーツマス大学宇宙論・重力研究所の准教授であるセシャドリ・ナダトゥール博士が率いるチームによって実施された。
ナダトゥール博士は、「DESI で収集したデータにより、銀河がどのように集まっているかの微妙なパターンを測定することができます。本当に興味深いのは、これらのパターンを使用して、宇宙の膨張速度を測定できるだけでなく、重力そのものについての理解をテストすることさえできるということです。一般相対性理論はこれまでのところかなりうまくいきますが、ダーク エネルギーに関してはいくつかの驚きが見られます。」と述べました。
物理学の基礎的な質問を調査する
ポーツマス大学の博士課程学生であるネイサン・フィンドレー氏も、分析における不確実性の一部を定量化する作業の一部を主導しました。 「DESIから得られたこれらのデータから、暗黒物質、暗黒エネルギー、宇宙の歴史と運命、さらには重力の正しい理論について、物理学におけるこれらすべての基本的な疑問について、私たちが学べることは信じられないほどです」と同氏は語った。 「それに参加できることにとても興奮しています。」
宇宙規模での重力の実験
フランス国立科学研究センター (CNRS) の核・高エネルギー物理学研究所 (LPNHE) の宇宙学者であるポーリン・ザルーク博士が、この新しい分析を共同主導しました。
ダーラム大学計算宇宙論研究所の博士研究員であり、現在は同研究所の学術客員研究員であるザルーク博士は、「一般相対性理論は太陽系の規模では十分に検証されているが、我々の仮定がより大きな規模で妥当であるかどうかも検証する必要がある」と述べた。
「銀河の形成速度を研究することで、私たちの理論を直接テストすることができ、これまでのところ、宇宙論的スケールでの一般相対性理論の予測と一致しています。」
ニュートリノ質量と銀河クラスタリング
ダラム大学の研究者ウィレム・エルバース博士とカルロス・フレンク教授が主導したDESIデータの詳細な分析により、ニュートリノの質量の新たな上限が明らかになった。
ニュートリノが銀河のクラスタリング パターンに与える影響は最小限ですが、これは DESI データの品質によって測定できます。ニュートリノ研究所の実験では、ニュートリノ質量の下限が設定されています。特に、DESI の銀河分布はこの質量の上限を設定していますが、現在では下限に非常に近く、その値は電子の質量の約 1,000 万分の 1 です。
ダーラム大学は DESI コラボレーションの主要メンバーであり、DESI の分光計に光を届けるための光ファイバー システムも設計および構築しました。ダラム大学の科学者らは、DESI のデータを解釈する上で重要な宇宙のスーパーコンピューター シミュレーションも実施しました。
DESIチームのメンバーであり、ダラム大学計算宇宙論研究所のカルロス・フレンク教授は、「一般相対性理論は、物理学における最もエレガントで深遠な理論の1つである。宇宙がその規範に従っているように見えることは本当に驚くべきことであり、それはアインシュタインの才気と、それを検証する方法を考案した天文学者の才気の証である。」と述べた。
「同様に注目に値するのは、DESI がニュートリノの質量に関する長年の謎に光を当てたことです。これらの小さな素粒子の質量は非常に小さいですが、それらが集合的に生成する重力は、宇宙の銀河の動きとクラスタリングに影響を与えます。DESI データセットの前例のないサイズと質量により、このような小さな影響の検出が可能になり、これは宇宙学者と素粒子物理学者にとって同様に興味深いことです。」
DESI の物理学と宇宙論への貢献
DESI には 5,000 個の光ファイバーの「目」が含まれており、それぞれが 20 分で銀河の光を集めることができます。 DESI コラボレーションの主要メンバーでもある UCL の研究者は、DESI の光学補正器 (最大のものは直径 1.1 メートル) で光を「目」に焦点を合わせる 6 つのレンズの設計、組み立て、構築を支援しました。
今年4月、DESIはこれまでで最大の宇宙の三次元地図を作成し、ダークエネルギーが時間の経過とともにどのように進化するかについての手がかりを明らかにしました。
4月の分析では、バリオン音響振動（BAO）と呼ばれる銀河団の特別な特徴を調べた。 「フルスケール解析」と呼ばれるこの新しい解析では、解析範囲を広げてデータからより多くの情報を抽出し、銀河や物質が宇宙全体にさまざまなスケールでどのように分布しているかを測定する。
これまでの研究と同様、今回の研究結果でも最後まで科学者に結果を明らかにしない手法が用いられており、無意識の偏見を軽減している。
この発見に関する詳細情報
DESI は、5,000 個の銀河の光を同時に捉えることができる最先端の装置です。この装置は、米国エネルギー省科学局からの資金提供を受けて設計、建設、運営されています。
DESI はアリゾナ州にあり、キット ピーク国立天文台のニコラス U-Mayor 4 メートル望遠鏡に設置されており、国立科学財団の NOIRLab プログラムの一部です。 DESI は 5 年間にわたる調査で、現在 4 年目を迎えており、プロジェクト終了までに約 4,000 万個の銀河とクエーサーに関するデータを収集することを目標としています。
共同チームは現在、調査の最初の3年間に収集されたデータを分析しており、ダークエネルギーと宇宙の膨張の歴史の最新の測定値を2025年春までに発表する予定である。今日の拡張された結果は、ダークエネルギーが進化していることを示唆する以前の発見と一致しており、分析の次の段階への期待がさらに高まっている。
DESI の協力者は、トホノ オーダムの人々にとって文化的に深い意味を持つイオルカム ドゥアグ (キット ピーク) で研究が行われていることを知っていました。
/ScitechDaily から編集