宇宙は巨大なループかもしれない

宇宙の形について私たちが知っていると思っていることは、すべて間違っているかもしれないのです。

これは、本日 (11月4日) の Nature Astronomy 誌に発表された新しい論文の結果です。 しかし、誰もが納得しているわけではありません。2018年に発表されたデータに基づく新しい発見は、長年にわたる従来の常識と、その同じCMBデータセットに基づく別の最近の研究の両方に矛盾しています。

関連記事。 ビッグバンから現在へ。 Snapshots of Our Universe Through Time

新しい論文によると、宇宙が曲がっているとすれば、それは緩やかに曲がっています。 そのゆっくりとした曲げは、私たちの生活や太陽系、あるいは銀河系の中を移動するのには重要ではありません。 しかし、銀河系の外、漆黒の闇を旅すると、直線で移動していたのに、一周して元の場所に戻ってしまうのです。 宇宙論者はこの考えを「閉じた宇宙」と呼んでいます。 この考え方は以前からありましたが、宇宙の仕組みに関する既存の理論には当てはまりません。 そのため、宇宙はどの方向にも境界なく広がり、ループしない「平らな宇宙」という考え方が主流になっています。 今回、過去最高のCMB測定から得られたデータの異常が、宇宙が結局は閉じているという確かな（しかし絶対的な決定的ではない）証拠を提供したと、著者らは述べています。 マンチェスター大学の宇宙学者Eleonora Di Valentino氏、ローマサピエンツァ大学の宇宙学者Alessandro Melchiorri氏、ジョンズホプキンス大学の宇宙学者Joseph Silk氏です。

閉じた宇宙と開いた宇宙の違いは、伸ばした平たいシートと膨らんだ風船の違いに少し似ているとMelchiorri氏はLive Scienceに語っています。 どちらの場合も、全体が膨張しているのです。 シートが膨張すると、すべての点が他のすべての点から一直線に遠ざかる。 風船が膨らむと、その表面上のすべての点が他のすべての点から遠くなりますが、風船の曲率がその動きの幾何学的形状をより複雑にしています。

「これは、たとえば、2つの光子があって、それらが閉じた宇宙で並行して移動すると、それらは出会うことを意味します」と、Melchiorriは述べています。

オープンでフラットな宇宙では、光子は乱されることなく、平行に移動し、相互作用することはないでしょう。 そのモデルによると、宇宙の膨張を最初から、ビッグバン後の最初の0.00000000000000001秒まで巻き戻してみると、宇宙が始まったその無限小の点から成長し、信じられないほどの指数関数的な膨張の瞬間が見られます。 そして、その超高速膨張の物理学は、平らな宇宙を指し示しているのです。 これが、ほとんどの専門家が宇宙が平らであると信じる第一の理由だと彼は言います。 もし宇宙が平らでないなら、その原始的なメカニズムの物理を「微調整」して、すべてを適合させなければならない–その過程で他の無数の計算をやり直さなければならないと、メルキオリ氏は言った。 CMBは宇宙で最も古いもので、星や銀河、その他の干渉を遮断したときに宇宙全体に充満する周囲のマイクロ波光でできています。 CMBは非常に古く、宇宙全体に広がっているため、宇宙の歴史や振る舞いに関する最も重要なデータ源の1つです。 そして、最新のデータによると、予想よりもかなり多くのCMBの「重力レンズ効果」、つまり、既存の物理学が説明できるよりも重力がCMBのマイクロ波を曲げているように見えることが判明しました。

チームが利用しているデータは、プランク実験（CMBをこれまで以上に詳細にマッピングする欧州宇宙機関（ESA）の実験）から2018年に発表されたものに由来します。 (新しいデータは、天文学&天体物理学という雑誌の近刊に掲載され、ESAのウェブサイトで現在入手可能である。 その余分なレンズ効果を説明するために、プランク共同研究チームは、科学者たちが「A_lens」と呼んでいる余分な変数を、宇宙形成のグループのモデルに追加しました。 つまり、アインシュタインの相対性理論にはA_lensのパラメータは存在しないのです」とメルキオリ氏は語った。 「私たちが発見したのは、正に湾曲した宇宙で A_lens を説明できるということで、一般相対性理論で説明できるよりずっと物理的な解釈です」

Melchiorri は、彼のチームの解釈が決定的でないことを指摘しました。 同グループの計算によると、プランクのデータは、標準偏差3.5シグマ（統計的測定で、結果がランダムな偶然によるものではないという約99.8%の信頼性を意味する）の閉じた宇宙を指し示しているのです。

しかし、一部の宇宙学者は、懐疑的であるべき理由がさらにあると言いました。 (その論文は、まだ専門誌に掲載されていません）

その論文では、ケンブリッジ大学の宇宙学者ジョージ・エフスタシオとスティーブン・グラットンが、プランク共同研究でも働いており、ネイチャー・アストロノミーの論文よりも狭い範囲のデータを調べました。 彼らの分析もまた、湾曲した宇宙を支持していましたが、ディ・ヴァレンティノ、メルキオリ、シルクがプランクデータのより大きなセグメントを調べたときよりも統計的信頼度はずっと低くなっていました。 しかし、EfstathiouとGratonが、初期宇宙からの他の2つの既存のデータセットと一緒にデータを見たところ、全体として、証拠は平坦な宇宙を指していることがわかりました。

EfstathiouとGratton論文について質問されたMelchiorriは、その仕事の丁寧さを賞賛しています。 しかし彼は、二人の分析はプランクデータのあまりに小さなセグメントに依存していると述べました。 そして彼は、彼らの研究が、600人以上の物理学者が吟味した公開データセットではなく、プランクデータを修正した（そして理論的には改善した）バージョンに基づいていることを指摘しました。

Efstathiou氏は、直接引用されないようにお願いしましたが、Live Scienceへの電子メールで、もし宇宙が曲がっていたら、初期宇宙からのそれらの他のデータセットと矛盾し、宇宙の観測膨張率の不一致をより悪くする、多くの問題を引き起こすだろうと指摘しています。

Melchiorri もまた、閉じた宇宙モデルが物理学にとって多くの問題を提起することに同意したと述べています。

「私は閉じた宇宙を信じているとは言いたくない」と彼は言った。 “私はもう少し中立的な立場です。 データを見て、新しいデータが何を言うかを待とう、と言うことです。 この矛盾を生み出しているのは何なのか、注意深く探らなければなりません」

• 天の川銀河に関する11の魅力的な事実
• ビッグバンから文明へ。 10の驚くべき起源イベント
• Spaced Out! 101 Astronomy Photos That Will Blow Your Mind

原文：Live Science.