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アインシュタインは正しかった! 遠く離れた銀河でも一般相対性理論が通用することが確認(英研究)
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 最新の研究によって、アインシュタインの一般相対性理論が遠方の銀河でも正しいことが初めて確認された。



 これは重力に関する現在の理解を支持し、また間接的にしか知ることができないダークマターやダークエネルギーの存在を裏づけるさらなる証拠となる。


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古典物理学の金字塔「一般相対性理論」



 1916年、アルベルト・アインシュタインによって発表された一般相対性理論は、重力が時空という概念から生じる仕組みを説明する。簡単に言うと、物体の質量が時空を曲げる量を予測する理論だ。



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 発表以来、同論は太陽系内で何度も検証されてきた。だがイギリス・ポーツマス大学の天文学・重力研究所のトーマス・コレット氏らによる今回の研究は、世界初となる天文学的スケールにおける相対性理論の検証だ。





世界初となる天文学的スケールでの検証



 NASAハッブル宇宙望遠鏡とチリにあるヨーロッパ南天天文台の大型望遠鏡から得られたデータを用いることで、遠く離れた銀河においても、理論的に予測される通り、重力が太陽系におけるものと同じように振る舞うことが明らかにされた。



 一般相対性理論の検証は、ダークマターとダークエネルギーの存在を裏づける新たな証拠にもなる、とコレット氏は話す。ダークマターとダークエネルギーは、宇宙論の標準モデルに存在する「変わりもの」だ。



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ハッブル宇宙望遠鏡がとらえた銀河のLRG 3-757からの重力レンズ
image credit:ESA / Hubble&NASA


 標準モデルとは、宇宙において基本的な力と粒子がどのように働き、相互に作用するのかを説明する理論で、私たちが観察したり、実験したりした内容を記述する。



 しかしダークマターとダークエネルギーについては理解が乏しく、現在の宇宙論における最大の謎となっており、ひいては標準モデルの信憑性を疑わせる結果にもなっている。





ダークマターとダークエネルギー



 コレット氏によると、標準モデルにおいて、ダークマターは銀河を周回する星の速さを説明するために、ダークエネルギーは宇宙の膨張が加速している理由を説明するために必要とされる。



 一部の学者からは、標準モデルのダークマターとダークエネルギー抜きで説明を試みる代替の重力理論も提案されている。





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 しかし、今回太陽系外でも太陽系内と同じように重力が機能することが明らかになったことで、今のところ重力の理解は正しく、ダークマターとダークエネルギーは標準モデルにおいても適切と考えて差し支えないようだ。



 コレット氏は、今回の発見がダークマターとダークエネルギーの確固たる証明であるとまでは言っていない。だが、それらが存在することを裏づけるまた別の証拠となるものだ。



 研究では、太陽系外で一般相対性理論を検証するために、強力な重力レンズが利用された。重力レンズとは、重い物体(今回の事例では銀河)が光を曲げて巨大なレンズのような役割を果たし、その後ろにある天体が歪む現象だ。



 研究では、「ESO 325-G004」という、地球からわずか5億光年先にある最も近いレンズの一つが使われた。



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アインシュタインリング



 二つの天体がうまく並べば、「アインシュタインリング」という輪のようなイメージができあがる。その輪の半径は光のたわみに比例しており、半径を測定できる。ここから時空の曲率が分かる。



 一般相対性理論は質量によって作り出される曲率を予測しているため、時空の曲率を測定するほかに、銀河の質量も測定された。これは銀河の恒星が移動する速さから計算された。その後で、質量と時空の曲率を比較すると、一般相対性理論から予測される質量であることが確認された。

 

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 つまり、私たちが知る限りは、太陽系の外でさえも一般相対性理論は重力の正しい理論であるということになる。コレット氏のチームは、今後さらに遠くの銀河とレンズを調査して、宇宙のどこでも同じように重力が働いていることを確かめたいと考えている。



 研究論文は『Science』に掲載された。




☆古典物理学の金字塔が「一般相対性理論」か!



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