最終更新日: 2025 年 9 月 10 日

暗黒エネルギー: 宇宙が自らの重力から逃れるとき

ハッブルで見た遠方の銀河BX442 — 107億年離れたところにある渦巻銀河BX442。擬似合成色。ハッブル宇宙望遠鏡 (HST) からの画像。 BX442 銀河の HST/Keck 合成擬似カラー画像。画像出典:デビッド・ロー/ダンラップ天文学・天体物理学研究所。

宇宙加速の発見

1998 年、以下の 2 つの独立したチームが率いました。ソール・パールマッター(1959-)、ブライアン・P・シュミット(1967-) とアダム・リース(1969-) Ia型超新星研究のおかげで、宇宙の膨張はこれまで考えられていたように重力の影響で減速しておらず、逆に加速していることが判明した。この観察を説明するために、宇宙学者は次の概念を導入しました。ダークエネルギー、宇宙の総エネルギー量の約 70% を占める謎の成分。

ダークエネルギーの仮説的な性質

暗黒エネルギーは、アインシュタインの一般相対性理論 (1915 年) の方程式に追加された項である宇宙定数 \(\Lambda\) と比較されることがあります。これは、次の固有の特性として解釈できます。量子真空、または動的なスカラーフィールド形式 (真髄) として。その負圧は重力反発力を及ぼし、膨張を加速させます。しかし、その物理的な起源は不明のままです。

宇宙方程式

フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカーモデルのフレームワークでは、展開方程式は次のように記述されます: \(\;H^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho - \frac{k}{a^2} + \frac{\Lambda}{3}\;\) ここで、\(H\) はハッブル定数、\(\rho\) は全物質エネルギー密度、\(k\) は空間曲率、\(\Lambda\) は宇宙定数です。項 \(\Lambda > 0\) は加速展開を生成します。

加速する拡大と多元宇宙仮説

いくつかの宇宙論理論は、多元宇宙、そこでは私たちの宇宙は、他の宇宙の中での一つの泡にすぎません。この枠組みでは、加速膨張は固有のダークエネルギーだけでなく、隣接する宇宙間の重力相互作用やエネルギーの流れからも生じる可能性があることが示唆されている。

これらのモデルによれば、各宇宙には独自の物理定数とエネルギー密度があることになります。隣接する宇宙によって及ぼされる重力は、明らかな斥力または加速効果を引き起こす可能性があります宇宙のバブルの拡大の様子。この仮説は依然として推測的なものであり、現在の観測で検証することは困難ですが、宇宙定数 \(\Lambda\) のみに基づく標準モデルに代わる選択肢を提供します。

ストリング理論とブレーン理論を使用した理論研究は、量子真空の変動やユニバーサル膜の電圧変動が可能性があることを示唆しています。私たちの観測可能な宇宙の膨張に影響を与えます。これらのアイデアは、特に次の人々によって議論されました。リサ・ランドール(1962-) とフアン・マルダセナ(1968-) ブラニックモデルの文脈で。

注： :
そこにはひも理論基本粒子は 10 次元または 11 次元空間で振動する糸であると提案します。追加の次元 (カラビ・ヤウの変形) の考えられる各構成は、独自の物理定数を持つ「真空」を定義します。この多数の可能な解決策は、風景、という考えに自然とつながります。多元宇宙: その場合、私たちの宇宙は、異なる物理的特性を持つ一連の宇宙の間の単なる泡になるでしょう。

宇宙の他の構成要素との比較

今日の暗黒エネルギーは、暗黒物質や通常の物質に先立って、宇宙論の進化を支配しています。この不均衡は約 50 億年前に始まり、物質の密度が暗黒エネルギーの密度よりも小さくなったときに始まりました。

ユニバースのコンテンツの現在の分布
成分	エネルギーの割合	自然	コメント
ダークエネルギー	≈ 70%	仮説（宇宙定数または動的場）	拡大の加速を担当
暗黒物質	≈ 25%	未知の粒子	目に見えず、重力の影響によって検出される
バリオン物質	≈ 5%	陽子、中性子、電子	星、惑星、星間ガス
多元宇宙効果（仮説）	?	宇宙間の重力相互作用またはエネルギーの流れ	さらなる拡大の加速を引き起こす可能性がある

出典:NASA WMAP、ESAプランクミッション、2011 年ノーベル物理学賞。

注： :
L'ダークエネルギー宇宙論的な仮説のままです。これは直接観察されるものではありませんが、膨張に対する動的効果から推定されます。