NASA の科学者がダーク エネルギーを調査 – アルバート アインシュタインの重力理論を作り直す時が来たか?

ダーク エネルギーを図解します。 クレジット: 宇宙望遠鏡科学研究所の Frank Summers による視覚化。 Martin White (UC Berkeley) と Lars Hernquist (Harvard University) によるシミュレーション

天体物理学における最大の謎の 1 つは、アルバート アインシュタインの重力理論を言い換えることで解決できますか? まだ、彼が共同執筆した新しい研究によると[{” attribute=””>NASA scientists.

The universe is expanding at an accelerating rate, and physicists don’t know why. This phenomenon seems to contradict everything scientists understand about gravity’s effect on the cosmos: It’s as if you threw an apple in the air and instead of coming back down, it continued upward, faster and faster. The cause of the cosmic acceleration, dubbed dark energy, remains a mystery.

A new study marks the latest effort to determine whether this is all simply a misunderstanding: that expectations for how gravity works at the scale of the entire universe are flawed or incomplete. This potential misunderstanding might help researchers explain dark energy. However, the study – one of the most precise tests yet of Albert Einstein’s theory of gravity at cosmic scales – finds that the current understanding still appears to be correct. The study was from the international Dark Energy Survey, using the Victor M. Blanco 4-meter Telescope in Chile.

The results, authored by a group of scientists that includes some from NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), were presented Wednesday, August 24, at the International Conference on Particle Physics and Cosmology (COSMO’22) in Rio de Janeiro. The work helps set the stage for two upcoming space telescopes that will probe our understanding of gravity with even higher precision than the new study and perhaps finally solve the mystery.

This image – the first released from NASA’s James Webb Space Telescope – shows the galaxy cluster SMACS 0723. Some of the galaxies appear smeared or stretched due to a phenomenon called gravitational lensing. This effect can help scientists map the presence of dark matter in the universe. Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

More than a century ago, Albert Einstein developed his Theory of General Relativity to describe gravity. Thus far it has accurately predicted everything from the orbit of Mercury to the existence of black holes. But some scientists have argued that if this theory can’t explain dark energy, then maybe they need to modify some of its equations or add new components.

To find out if that’s the case, members of the Dark Energy Survey looked for evidence that gravity’s strength has varied throughout the universe’s history or over cosmic distances. A positive finding would indicate that Einstein’s theory is incomplete, which might help explain the universe’s accelerating expansion. They also examined data from other telescopes in addition to Blanco, including the ESA (European Space Agency) Planck satellite, and reached the same conclusion.

Einstein’s theory still works, according to the study. So no there’s no explanation for dark energy yet. However, this research will feed into two upcoming missions: ESA’s Euclid mission, slated for launch no earlier than 2023, which has contributions from NASA; and NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope, targeted for launch no later than May 2027. Both telescopes will search for changes in the strength of gravity over time or distance.

Blurred Vision

How do scientists know what happened in the universe’s past? By looking at distant objects. A light-year is a measure of the distance light can travel in a year (about 6 trillion miles, or about 9.5 trillion kilometers). That means an object one light-year away appears to us as it was one year ago, when the light first left the object. And galaxies billions of light-years away appear to us as they did billions of years ago. The new study looked at galaxies stretching back about 5 billion years in the past. Euclid will peer 8 billion years into the past, and Roman will look back 11 billion years.

The galaxies themselves don’t reveal the strength of gravity, but how they look when viewed from Earth does. Most matter in our universe is dark matter, which does not emit, reflect, or otherwise interact with light. While physicists don’t know what it’s made of, they know it’s there, because its gravity gives it away: Large reservoirs of dark matter in our universe warp space itself. As light travels through space, it encounters these portions of warped space, causing images of distant galaxies to appear curved or smeared. This was on display in one of first images released from NASA’s James Webb Space Telescope.

このビデオでは、重力レンズ効果と呼ばれる現象について説明しています。これにより、銀河の画像がゆがんだり、ぼやけたりすることがあります。 この歪みは重力によって引き起こされ、科学者はこの効果を利用して、光を放出も反射もしない暗黒物質を検出できます。 クレジット: NASA のゴダード宇宙飛行センター

暗黒エネルギー調査の科学者は、銀河の画像を調べて、暗黒物質の曲がった空間によるより微妙な歪み、弱いと呼ばれる効果を調べます 重力レンズ. 重力は暗黒物質構造のサイズと分布を決定し、サイズと分布はこれらの銀河が私たちにどのように歪んで見えるかを決定します. このようにして、画像は、地球からのさまざまな距離と、宇宙の歴史を通じて離れた場所での重力を明らかにすることができます。 グループは現在、1億個以上の銀河の形状を測定しており、これまでのところ、観測結果はアインシュタインの理論が予測したものと一致しています。

「測定がより正確になるにつれて、アインシュタインの重力理論に挑戦する余地がまだあります」と、JPLのポスドク研究者として研究を行った研究の共著者であるアグネス・フェルティは述べた. 「しかし、ユークリッドとローマンの準備が整うまでには、まだやるべきことがたくさんあります。したがって、暗黒エネルギー調査で行ったように、この問題について世界中の科学者と協力し続けることが不可欠です。」

参照: 「第 3 年次暗黒エネルギー調査の結果: 弱いレンズと銀河団を使用した ΛCDM の拡張制約」 DES 共同作業: TMC Abbott, M. Aguena, A. Alarcon, O. Alves, A. Amon, J. Annis, S. Avila, D. Bacon, E. Baxter, K. Bechtol, M. R. Becker, G. M. Bernstein, S. Birrer, J. Blazek, S. Bocquet, A. Brandao-Souza, S. L. Bridle, D. Brooks, D. L. Burke, H.カマチョ、a. カンポス、Ａ． Carneiro-Roussell、M. Carrasco-Kinde、J. Carretero、F.J. Castander、R. Cawthon、C. Chang、A. Chen、R. Chen、A. Choi、C. Consullis、J. Cordero、M.Costanzi、M. Crocce、LN da Costa、MES Pereira、C. Davis、T.M. Davis、J. DeRose、S. Desai、E. Di Valentino、H.T. Diehl、S. Dodelson、P. Doel、C. Doux、A. Drlica-Wagner、K. Eckert、T. F. Eifler、F. Elsner、J. Elvin-Poole、S. Everett、X. Fang、A. Farahi、I. Ferrero、A. Ferté、B. Flaugher、P Fosalba, D. Friedel, O. Friedrich, J. Frieman, J. García-Bellido, M. Gatti, L. Giani, T. Giannantonio, G. Giannini, D. Gruen, R. R. Gruendl, J. Gschwend, G. Gutierrez ，Ｎ．Ｈａｍｍｏｓ，Ｉ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ，Ｗ．Ｇ．Ｈａｒｔｌｅｙ，Ｋ．Ｈｅｒｎｅｒ，ＳＲ Ｈｉｎｔｏｎ，ＤＬ； Honshed、H. Huang、M. Hof、de Hutterer、B. Jane、D.J. James、M. Jarvis、N. Jeffrey、T. Geltima、A. Kovacs、Cross、K. コーン、N.; クロパトキン、O.ラハフ、S。 Lee、P.-F. Leggett、B. Lemus、CD Leonard、AR Liddell、M. Lima、H. Lynn、N. McCran、J.L. Marshall、J. McCullough、J. Mina Fernandez、F. Minanto、R. Michael、V. Miranda、J. J. Mohr、J. Muir、J. Miles、S. Nadthor、A. Navarro-Alsina、RC Nicoll、RLC ウガンダ、Y. Aomori、A. Palmis、 S Pandey、Y Park、M Paterno、F Paz-Cinchon、WG Percival、A Perez、AA Plazas Malagon、A Buridon、J Pratt、M Raveri、M Rodriguez-Monroy、B Rogozinski、RP Rollins、AK Romer Rodman、 A. R. ローゼンフェルド、A. J. ロス、A. ライコフ、S. ロッドマン。 サモロフ、C. サンチェス、E. サンチェス、J. サンチェス、および Dr. 、M. スミス、M. ソアレス サントス、E. スチータ、M. タブバット、G. タール、D. トーマス、C. トー、A. トロハ、M. A. トロクセル、I. ツツザウス、T. N. ヴァルガ、M. ヴィンセンツィ、AR Walker、N. Weverdick、R.H. Wechler、J. Wheeler、P. Yanni、P. Yin、Y. Zhang、J. Zontz、2022 年 7 月 12 日、こちらから入手可能。 天体物理学 > 宇宙論と非銀河天体物理学.
arXiv: 2207.05766