天文学者たちは最近、天の川銀河にある 155,000 個以上の星の年齢を使用して、独自に宇宙の年齢を推定しました。その結果、宇宙の年齢は少なくとも約137億年であることが示され、現在広く受け入れられている「宇宙の標準年齢」である約138億年に対する新たな強力な証拠が得られた。関連する研究は7月1日にプレプリントプラットフォームarXivに提出され、さらに次のことを指摘している：長年にわたって宇宙論コミュニティを悩ませてきた「ハッブル張力」問題を解決するには、標準的な宇宙論モデル全体を覆すのではなく、「後期宇宙」で答えを見つける必要があるかもしれない。

宇宙の年齢の決定は、いわゆる「ハッブル張力」と密接に関係しています。現在、宇宙の膨張率 (ハッブル定数など) を測定するには主に 2 つの方法があります。 1 つは、ビッグバンの「残光」、つまり宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) を使用して、標準宇宙モデル (ΛCDM) の仮定の下で宇宙の膨張履歴を推定し、およそ 138 億年の宇宙年齢を求める方法です。もう 1 つは、セファイド変光星や超新星などの「標準キャンドル」を含む局所宇宙の直接観測に依存しており、より高い膨張率を示しており、これはわずか約 125 億年から 129 億年の宇宙年齢に相当します。 2 つの方法間のハッブル定数の値の差は約 9% です。この「不一致」を「ハッブル張力」と呼びます。

この新しい研究は、英国ポーツマス大学のインドラニル・バニク氏によって主導されました。研究チームは全体的な宇宙論モデルから始めるのではなく、天の川銀河の最古の星に目を向け、それらを宇宙の初期の歴史を記録する「化石」として扱った。研究チームは、ビッグバン後の星の形成にもある程度の時間がかかるため、約130億年の歴史を持つ星が発見できれば、実際の宇宙年齢はもっと長いはずだと指摘した。

具体的な作業では、チームはまず、247,103 個のいわゆる「亜巨人」をサンプルとして選択しました。このタイプの星は主系列星の段階を出たばかりであり、その内部構造と進化段階により、その年齢を正確に推定することが容易になります。これらの恒星データは、中国の郭守京望遠鏡 (LAMOST) とヨーロッパのガイア調査プロジェクトから得られたものです。研究者らは、化学組成スクリーニングを通じて「典型的な古い星」の特徴を満たさない天体を選別し、それらを別の一連の独立したクロスチェック方法と組み合わせて、最終的に15万5,600個の星の「精製されたサンプル」を取得した。

研究チームは、天の川銀河にあるこれらの最古で極めて長寿の星を分析したところ、その中で最も古い星は約137億3,000万歳で、統計的な不確実性は約プラス1,800万年、マイナス1,500万年であることが判明した。また、星自体がビッグバン後に形成されるまでに約 2 億年かかったと考えると、この結果は、宇宙マイクロ波背景観測と組み合わせた標準的な宇宙論モデルによって予測される宇宙の年齢である約 138 億年と非常に一致します。この値は、他の古い星や球状星団に基づく以前の結果ともかなり一致しています。

研究チームが、サンプル数、質のスクリーニング基準、恒星の進化モデルの仮定、星形成時間スケール、理論的予測そのものなど、多くの面で不確実性によって現在の結果が依然として制限されていることも強調したことは注目に値する。それぞれの要因により、誤差の上限はおよそ 1 億 5,000 万年から 2 億年になります。したがって、いずれか 1 つのリンクを改善するだけでは、短期的に宇宙の年齢を決定する精度を「飛躍的に」向上させることは困難です。

こうした誤差の原因にもかかわらず、宇宙の最小年齢の新しい推定値は、局所膨張率を宇宙の歴史のほぼ全体に単純に外挿することによって得られる125億年から129億年よりもかなり高い。これは、「ハッブル張力」のルーツが新しい物理学にあるのであれば、それは最初から宇宙全体の進化を支配していたというよりも、宇宙の歴史のある時点で影響を及ぼした可能性が高いことを意味します。

研究チームは、これは宇宙の膨張方法が過去数十億年にわたって何らかの形で変化したこと、あるいは私たちが住む宇宙の局所的な環境に大規模な穴などの特殊な特徴があり、局所的に観測される膨張率が「人為的に上昇」していることを示唆している可能性があると指摘した。この論文は、既存の証拠に基づいて、いわゆる「後期宇宙計画」がハッブル緊張を説明する有力な候補の一つになりつつあると書いている。もう 1 つの可能性は、巨大な局所的な密度の低い領域 (空洞) にいて、局所的に測定される膨張率がより高くなるということです。

この研究は、「天の川銀河の最も古い星の大規模なサンプルを使用した宇宙の年齢の推定」というタイトルで arXiv プレプリント プラットフォームに提出され、宇宙の年齢をめぐる進行中の議論とハッブル定数に関する議論に「星の時計」からの投票が追加されました。標準的な宇宙論モデルの擁護を目指す研究者にとって、この新しい結果は間違いなく痛手だ。しかし、ハッブル張力という「宇宙問題」を完全に解決するには、初期および後期の宇宙からの複数の観測と理論的研究が今後も依然として必要となるだろう。