このディレクトリでは、CNRSがそのニュースレターに掲載した記事において、ジャン＝ピエール・ペティの天体物理学および宇宙論に関する研究についての見解を表明している。
2005年3月8日
ビッグバン 暗黒エネルギー
大きな未知
1998年、核物理学および高エネルギー物理学研究所のピエール・アシュティエはこう語る。「宇宙の膨張が、謎めいた『暗黒エネルギー』の影響で加速しているという衝撃的な発見がもたらされた。このエネルギーは、宇宙全体の約70％を占めている。しかし、その構成についてはまったく不明である。これまで、ビッグバン理論とアインシュタインの一般相対性理論の枠組みの中で、宇宙は初期の『爆発』によって均一に広がっていると理解されていた。そのため、研究者の仕事は、宇宙の内容を調べて『重さ』を測り、重力の影響で膨張が止まるかどうかを判断することに集約されていた。しかし、7年前、考え方が一変した。独立した2つのチームが登場した。『超新星宇宙論プロジェクト』と『High z超新星探査チーム』である。彼らは、10億～60億光年の距離にある約50件の遠方星の爆発（タイプIa超新星とみなされる自然な核反応）を観測した。これらの珍しい現象は『標準電灯』と呼ばれる。なぜなら、その絶対光度が既に知られており、距離を2つの異なる方法で決定できるからである。しかし1998年の観測では、最も遠方の超新星の光が、物質による膨張のみを想定した宇宙では予想されるよりも弱かった。この結果から、必然的に結論が導かれる。光の弱さは、天体が遠く離れていることによるものである。その銀河は、我々が思っているよりもはるかに遠くにある。つまり、宇宙の膨張は、予想よりも速く進行している。この現象を説明するには、膨張を加速させる謎の『暗黒エネルギー』を導入する必要がある。この発見はビッグバン理論を揺るがすものだったのか？「まったくそのようなことはありません。むしろ、関心を再び高め、新たな興味をもたらしただけです」とピエール・アシュティエは安心させる。
1998年以来、膨張の加速は2度の確認を経て、さらに裏付けられている。そして「最新の結果によれば、この加速状態は約40億～50億年前から続いている。これは宇宙の歴史の35％に相当する」と、レナール・ペインがアメリカの超新星宇宙論プロジェクトに参加した唯一のフランス人研究者として、そのグループに所属する物理学者は述べる。フランスの研究者たちは現在、カナダ・フランス・ハワイ望遠鏡やチリの欧州南天文台の非常に大型望遠鏡を用いて、遠方超新星の探査に取り組んでいる。この観測は、これらの装置にとって重要な課題となっている。目標は「何百もの超新星を発見すること」。ピエール・アシュティエは熱を込めて語る。「これができなければ、過去の膨張加速の変化を評価することは不可能だ。一部の物理学者は、この反発力が『真空エネルギー』の証拠であると考えている。」
このエネルギーは、微小スケールにおける宇宙の驚くべき量子的活発さを反映している。科学者たちは、『空』（すべてを除いたもの）を奇妙な媒質と見なす。絶対的な虚無は存在しない。常に、仮想の粒子と反粒子が生まれては消えている。それらには、不可欠なエネルギーが伴い、これを『基底状態』またはより簡潔に『真空エネルギー』と呼ぶ。1948年にオランダのヘンドリック・カシミールが提案した実験によれば、真空エネルギーは圧力として振る舞い、反発力を持つ。このため、『暗黒エネルギー』と同一視する考えが生まれた。それは、宇宙を『破裂』させているように見える。
一方、暗黒エネルギーが時間とともに変化するならば、それは、4つの基本力（第28ページ参照）に加えて存在する『第五の本質』、すなわち『キュインテッセンス』と呼ばれる、多種多様な奇妙な物質を指す可能性がある。このように、宇宙全体の運命が懸かっている。曖昧さを解消するための急務である。現在進行中のプロジェクトによって、フランスの研究チームは5年間で600個の新しい超新星を検出することを目指している。一方、宇宙望遠鏡ハッブルは2003年に16個の超新星を発見した。『暗黒エネルギー』の探求において、勝者は誰か？ 勝負はこれからだ！
フレデリック・グエラン
連絡先
ピエール・アシュティエ astier@in2p3.fr
暗黒物質：見えない海
これは、なかなか解けない謎である。通常の物質は宇宙全体の5％未満を占め、95％以上が欠落している。暗黒エネルギーが宇宙の70％を占めているならば、残りの部分は何からできているのか？ すべては1933年に始まった。アメリカの天体物理学者フリッツ・ツヴィッキーは、ベレニケスの頭髪（コマ）銀河団を、1億5000万光年の距離で観測した。この銀河団は、我々の銀河系と同程度の銀河が数千個集まったものである。彼の観測から、銀河団内の銀河の運動速度は、目に見える物質の100倍の物質が存在することを示唆していた。要するに、氷山の一角にすぎない。その背後には、明るい星やガス・塵の雲といった目に見える物質は、ただの微細な破片にすぎず、それらは巨大で見えない、強力な海の上を漂っている。同様に、1960年代～1970年代にかけて、銀河中心部の星の運動を調べた結果、目に見える物質よりも5～10倍の不可視物質が銀河に存在していることが示された。この現象を説明するために、我々が知っているものとは異なる性質を持つ『暗黒物質』、あるいは『暗黒物質』を仮定する必要があった。科学者たちは、過去10年間でデータの質と量が飛躍的に向上していると指摘している。
一方で、銀河の回転観測は、星よりも10倍も質量の大きな暗黒物質のハローが存在することを確認した。他方、銀河団には数百万度にまで加熱された高温のガスが含まれている。NASAのチャンドラ衛星と欧州のXMM衛星によるX線観測から、目に見える物質よりも100倍も多くの暗黒物質が存在することが示された。さらに最近、別のツールが実証された。重力レンズ効果、すなわち一般相対性理論で予言された自然の幻影である。この現象は、宇宙の幾何学を調べる強力な手段となる。マイクロレンズ効果を観測することで、銀河系の暗黒物質は、原子核（陽子と中性子）と電子を持つ古典的な原子ではないことがわかった。このような謎めいた物体は『マホ』（MACHO：大質量ハローコンパクト天体）と名付けられ、研究者たちはそれらが、銀河に存在する総物質の10％未満しか占めていないと評価した。それならば、原子核も、既知の粒子も持たない宇宙の残りの部分は、一体何からできているのだろうか？ 誰も知らないが、いくつかの仮説が浮かび上がっている。物理学者たちは、すでに候補を1つ持っている……