ダークエネルギー：宇宙で最も謎に満ちた力

宇宙論を揺るがせた発見

20世紀の終わり、宇宙論学者たちは、ビッグバンによって始まった宇宙の膨張は、重力の影響によって減速しているはずだと考えていました。サウル・パールマッター（1959-）率いる研究チームと、ブライアン・シュミット（1967-）とアダム・リース（1969-）率いるもう一つのチームは、1998年に驚くべき発見をしました。 Ia型超新星（宇宙の距離を測る『標準光源』として使われる非常に明るい恒星の爆発）を観測したところ、これらの爆発の光が予想より弱いことがわかりました。 この弱さは、減速する膨張のモデルが予測するよりも遠くにあることを意味していました。結論は革命的でした：宇宙の膨張は減速していない、むしろ加速しているのです。

この加速は、大規模なスケールで重力に逆らって作用する未知の斥力の存在を示唆しています。科学者たちはこの謎の力を「ダークエネルギー」と名付けました。直感に反する概念ではありますが、今日では宇宙論の標準模型、すなわち\(\Lambda\)CDM模型（Lambda Cold Dark Matter）の礎石となっており、ラムダ（\(\Lambda\)）はまさにダークエネルギーを表しています。

宇宙においてダークエネルギーは何を表しているのか？

欧州宇宙機関（ESA）のプランク衛星による最も精密なデータ（2018年発表）によると、宇宙の内容物は次のように分けられます：

• ダークエネルギー：68.3%、膨張を加速させる謎の力。
• ダークマター（暗黒物質）：26.8%、光とは相互作用しないものの、その重力的影响が検出される、目に見えない形態の物質。
• 通常物質（バリオン物質）：4.9%、恒星、惑星、そして私たちの知るすべてを構成するもの。

宇宙を支配するダークエネルギーの割合は、現代物理学最大の謎の一つのままです。現在最も受け入れられているものの、まだ確証されていない理論では、それは宇宙定数、すなわち真空の固定的な性質であるとされています。しかし多くの科学者にとって、宇宙の68%が謎めいた「定数」であるという考えは、極めて不満の残るものです。ダークエネルギーが定数であるという考えは、進化の可能性を示唆する最近の観測によって、ますます試練にさらされています。

宇宙の内容物はどのように測られるのか？

宇宙を直接「量る」ことはできません。では、科学者たちはどうやって、その内容物の約68%がダークエネルギーだと知るのでしょうか？

鍵はダークマターにあります。 目に見えないものの、測定可能な重力的影响を及ぼします：それは銀河のまとまりを保つ宇宙の接着剤のように作用します。銀河の周りの恒星の回転速度を観測することで、天文学者は存在する質量-エネルギーの総量を推定できます。 結果は衝撃的です：検出された質量-エネルギーは、可視物質のそれをはるかに超えています。つまり、観測可能なバリオン物質は、宇宙に含まれる全エネルギーのごくわずかな割合しか占めていないのです。

全体像を完成させるため、科学者たちは超新星によって測定される宇宙の膨張と、プランク衛星が観測した背景放射の研究に目を向けます。 可視物質と暗黒物質をすべて合わせても、宇宙の加速を説明するのに必要なエネルギーの約32%にしか達しません。残りの68%がダークエネルギーに相当し、重力によって活性なエネルギーの形態として膨張の加速に寄与しているのです。

この斥力はどのように説明できるのか？

宇宙の膨張の加速は、重力を部分的に相殺する斥力の存在を示唆しています。 この「宇宙の力」は直接観測できませんが、その影響は銀河の運動と背景放射に現れます。 科学者たちはそれを理解するために、それぞれ異なる物理原理に基づくいくつもの仮説を立ててきました。

注：
これらすべての理論は、同じ観測、すなわち宇宙の加速的膨張を説明しようとするものです。 どの理論もまだ決定的には確認されていませんが、宇宙定数Λは最もシンプルで、現在のモデルで最も広く使われています。