【理論物理学】 一般相対理論、銀河団規模で証明(133)
- 1 あんたレスφ ★ 2010/03/11(木) 19:35:46 ID:???
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一般相対理論、銀河団規模で証明
アルベルト・アインシュタインが1世紀近く前に提唱した一般相対性理論をもとにすれば、
太陽を公転する惑星の動きをモデル化できるだけでなく、無数の銀河の相互作用も説明できることが新たな研究で証明された。
この研究成果によって、目に見えない「暗黒物質」や正体不明の「暗黒エネルギー」が、物理学者の想像の産物ではなかったことが示された。
アイザック・ニュートンの万有引力の法則は何世紀にもわたって、地球上の重力を説明できる有効な理論とされてきた。
だがそれ以降の研究で、惑星のような大きな天体同士の相互作用には説明のつかない点があることが明らかになってきていた。
そうした中、1916年に発表されたアインシュタインの一般相対性理論によって、空間と時間から成る「時空」は物質の存在によって歪むため、
重力は大きなスケールでも作用するという考え方が提唱された。
相対性理論に基づくと、水星の公転軌道のわずかな変化といった、万有引力では説明のつかなかった太陽系での現象もうまく説明できた。
暗黒物質や暗黒エネルギーの存在は、アインシュタインの提唱した重力レンズ効果が、
太陽系内と同じように地球から何十億光年も離れた銀河でも作用しているに違いない、という仮説に基づいている。
例えば、ある種の天体は地球から計測できる質量よりも、実際にはもっと大きな質量があるとしか思えない動きを見せる。
一般相対性理論に基づくと、その計測不可能な質量にあたるのが暗黒物質ということになる。
だがこれまで、銀河スケールでも一般相対性理論を証明できるかどうかは、結論が出ていなかった。
アメリカ、ニュージャージー州プリンストン大学の天体物理学者ライナベル・レイエス（Reinabelle Reyes）氏のチームは、
「Nature」誌に3月11日付けで掲載された今回の研究で、7万個以上の明るい楕円銀河からのデータを調べた。
その結果、地球から最大35億光年離れた複数の銀河が、まさに一般相対性理論の予測どおりに銀河団を形成していることがわかったのだ。
「複数の銀河の位置から銀河がどのように集団を形成しているのかがわかり、それを基に重力がどのように作用しているかもわかる。
銀河は重力の影響で互いに引き寄せ合うからだ」とレイエス氏は言う。
レイエス氏のチームは、銀河団形成と構造成長率、銀河から発せられる光の重力レンズ効果などの測定結果を組み合わせて、
「EG」（物理学での予測値）を計算した。一般相対性理論による予測では0.4程度だったが、算出結果はそれに近い0.39という値だった。
プリンストン大学の理論天体物理学者デイビッド・スパーゲル氏は、「今回の成果によって、現在の宇宙論の一般的モデルが有効性を持つことが示された」と話す。
「妥当な結果だ。相対論からはずれた値が出ていたらもっと興味深いところだったが、そうでなくとも研究成果が重要であることに変わりはない」。
今回の結果によって、相対論に代わるものとして提唱されている「テンソル・ベクトル・スカラー重力（TeVeS）」などの重力理論に疑問が投げかけられることとなった。
TeVeSとは、宇宙規模では重力の作用が異なることを説明する理論だ。
TeVeSに基づいた場合、EGは0.22程度になるはずで、今回算出された値よりかなり小さい。
だがTeVeSは、現状の観測範囲外のさらに大きなスケールの宇宙を説明する重力理論だという可能性もある。
「それまでの理論が通用しない局面はどんな場合にでもある」とスパーゲル氏は言う。
こうした未探索の領域を含めたより大きなスケールで相対性理論を検証するには、
NASAの共同暗黒エネルギーミッション（JDEM：Joint Dark Energy Mission）や、
欧州宇宙機関（ESA）のユークリッドミッション（Euclid mission）など、さらなる宇宙探査が必要となるだろう。
▽ソース NATIONAL GEOGRAPHIC
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20100311003&expand
▽画像 地球から70億光年離れた場所で銀河団が形成されている様子を表す宇宙の部分地図。
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/bigphotos/images/relativity-galaxy-map_13754_big.jpg
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