先月、あなたはブログ投稿を見たことがあるかもしれません、見上げてください！ 近くと遠くの宇宙を探索する。 ベストセラー作家、教授、理論天体物理学者を紹介できることをうれしく思います。ケイティ・マック博士、および観測天体物理学者および教授、 JJ博士。 エルメス、統計的に話すの最初の2022年のエピソード。 聴衆からたくさんの素晴らしい質問があり、すべてに答えることはできませんでした。 マック博士とエルメス博士は、このブログ投稿でこれらの質問のいくつかに答えることに親切に同意しました。
宇宙マイクロ波背景放射の変動の原因についての理論はありますか？
マック博士：宇宙マイクロ波背景放射（観測可能な宇宙の最も遠い範囲からの光で、最初の38万年に宇宙を埋め尽くした原始プラズマのビューを提供します）は、ほぼ完全に均一です。 その明るく輝くプラズマの温度（または密度）の変動は、10万分の1のレベルにすぎません。 しかし、これらの小さな変動は非常に重要です。ゆっくりとした重力崩壊によって、原始プラズマの密度の小さなブリップが最終的に成長し、今日では銀河団全体になりました。
これらの変動がどこから来たのかについては、いくつかの理論があります。 最も顕著な理論は、宇宙のインフレーションの理論です。これは、非常に初期の宇宙が短時間で非常に急速に膨張し、その膨張を駆動する場の量子ゆらぎによって、宇宙のエネルギー密度に小さな変化をもたらしたプロセスです。 。 宇宙がよりリラックスした速度で成長し続けると、それらの小さな密度のブリップも成長しました。 このプロセスは、宇宙全体でのこれらのブリップの分布に関する私たちの観察と一致しているようですが、物理学のコミュニティでは、インフレーションまたは他のプロセスが最良の説明であるかどうかについてまだ議論があります。
熱的死が最も可能性の高い宇宙の終わりのシナリオであるのはなぜですか？
マック博士：宇宙がどのように終わるのかはわかりません。 私たちができる最善のことは、現在の観測から外挿し、現在のデータを、現在の宇宙が将来進化することを期待する方法と結び付けるために、最良の理論またはモデルを使用することです。 遠方の銀河の観測から、宇宙が膨張していることがわかります。 長い間、天文学者たちは、膨張が永遠に続くのか、それともいつか向きを変えて宇宙を再び収縮させるのかを判断しようとしてきました。 まだはっきりとは言えませんが、拡大が加速しており、数十億年前からあり、好転する可能性は低いと言えます。 膨張を加速させているもの（私たちはそれを「ダークエネルギー」と呼んでいます）は、現在宇宙の最も重要な構成要素であり、その将来の進化を推進しているようです。 私たちの宇宙論的モデルは、膨張が加速している限り、宇宙は最終的に非常に冷たく空になり、物質と放射がますます拡散することを示しています。 そのような宇宙は必然的に熱的死に向かって進化します。そこでは、宇宙に残っているのは、発生したすべての天体物理学的プロセスの「廃熱」であり、物理システムで発生するゆっくりとした崩壊では、燃え尽きて崩壊します。あちらへ。
宇宙の終焉後に何が起こるかについて何か考えはありますか？ 別の宇宙が始まりますか、それとも物語の終わりですか？
マック博士：私が宇宙の「終わり」について話すとき、私が意味するのは、観測可能な宇宙のすべての物体または構造が何らかの形で破壊されるプロセスです。 熱的死のようなものは、何兆年も何兆年にもわたってゆっくりと衰退することでそれを達成するでしょう。真空崩壊のようなプロセスは、はるかに突然で暴力的なものになるでしょう。 いずれにせよ、その最終的な破壊プロセスが発生した後に何かが起こることを含む可能性がありますが、そうでない可能性もあります。 宇宙のすべてのもののすべての終わりが時空自体を決定的に終わらせるわけではありません。 私たちの宇宙が破壊された後に新しいビッグバンが発生する可能性はいくつかあります（そのうちのいくつかは私の本で説明しています）。 私たちがダークエネルギーについて間違っていて、それが将来その性質を劇的に変える可能性があることが判明した場合、それはビッグクランチにつながる可能性があり、そこでは宇宙が崩壊します。 これは必ずしも新しいビッグバンにつながるわけではありませんが、崩壊する宇宙が「跳ね返る」特別なモデルがいくつかあります。 （元のビッグクランチのアイデアよりも投機的なモデルです。）熱的死の後に新しいビッグバンが発生する可能性があるという提案もあります。 そしてそれを超えて、ビッグバンと宇宙の終わりが異なるタイムラインで、宇宙の進化がまったく異なる方法で起こる可能性がある、私たち自身の観測可能な宇宙の端をはるかに超えた空間の領域がある多元宇宙モデルがあります。
多くの物理学者がこれらのアイデアを調査しており、私たちの宇宙が何らかの前のサイクルの終了後に来た可能性の手がかりを得るために、私たち自身の宇宙の起源をしばしば調べています。 ただし、明確な答えはまだありません。
標準模型のどの粒子が重力に関連していますか？
マック博士：素粒子物理学の標準モデルには、重力に関連する粒子が含まれていません。これは、それが不完全であることがわかっている理由の一部です。 重力についての私たちの最良の理解は、アインシュタインの一般相対性理論から来ています。 その理論は、重力が他の力と同じ意味での「力」ではなく、実際には空間自体の曲率の結果であることを示唆しています。 これは美しい理論ですが、電磁気学や標準模型の核力など、他の自然の力との枠組みに簡単に適合することはできません。 それらはすべて量子力学（より正確には場の量子論）に基づいており、基本的な力の力のキャリアとして機能するゲージボソンと呼ばれる粒子を含みます。 重力と量子力学を結びつける探求は、過去100年間の理論物理学における最も重要なプロジェクトの1つです。 弦理論は、重力と量子力学を統合する究極の理論の賞の主要な候補の1つですが、完全には受け入れられておらず、実験的にも検証されていません（そして決してそうなることはないかもしれません）。 いずれにせよ、量子重力理論には一般に、重力子と呼ばれる重力を運ぶ架空の粒子が含まれています。 重力子は検出されていませんが、実際に存在する場合、それについて少し教えてくれる観測があります。 たとえば、重力子が存在する場合、重力の影響は光速で伝わるため、重力子は質量がない必要があります。したがって、重力を運ぶものはすべて質量がない必要があり、質量のない粒子だけがそれを行うことができます。 しかし、この仮説の重力子が標準模型よりも大きく、より完全な理論にどのように適合するかは、まだ決定されていません。
私が時間の経過とともに星の1つに立っていた場合、宇宙は同じように見えますか、それとも一方の側から端が私たちに近づいたように見えますか？
マック博士：私たちが知る限り、宇宙に縁はありません。 私たちが宇宙で見ることができる距離には限界があり、それは宇宙がどれだけ長く存在していたかによって決まります。 基本的に、遠くにあるものがあり、その光が宇宙の年齢（138億年）よりも長くかかって私たちに到達する場合、それは私たちの観測可能な宇宙の端を超えています。 ですから、私たちはある種の泡の中にある、はるかに大きな空間に住んでいます。その泡は、原則としてさえ、それを超えると見えない距離によって定義されます。 さまざまな場所での空間の実際の物理的なエッジや劇的な変化の証拠は見られません。これは、地球上に立っているときの地平線のように、単なる視点の問題です。 あなたが今立っているところはどこでも、地平線はあなたの周りの円を定義し、それを超えるとあなたは見ることができません。 その円は、あなたがどこにいるかによって異なり、地球の曲率によって決まりますが、数マイル離れた場所を移動した場合、地平線は別の円をトレースします。 それは宇宙でも同じ考えです。 私たちから100億光年離れた銀河は、どんな種類の端にも近づいていません。 それはそれ自身を中心としたそれ自身の観測可能な宇宙の泡を持っており、それは私たちが見ることができない宇宙の部分を見ることができます。 私たちが知る限り、広い筆運びでは、宇宙はどこを見てもほとんど同じです。 ですから、おそらく、その遠方の銀河から誰かが彼らの周りに見るもの（銀河の分布、宇宙の物質の一般的な構造など）は、私たちがここから見るものと非常によく似ているでしょう。
何かが星の前を通過するとき、それが前にある小さなものなのか、それとも星に非常に近い巨大なものなのかをどのように判断しますか？
エルメス博士：星は遠く離れているため、実際にそれらの表面を解決することはほとんどできません。したがって、すべての星が検出器の同じ領域を覆っています。 したがって、惑星が星の前を通過するのが星のすぐ近くか遠くかは問題ではありません。惑星の領域は常にホスト星と同じ量の領域をブロックし、惑星の通過の深さを同じにします。 。 これにより、作業が少し簡単になります。
しかし、あなたの質問は私たちが抱えている複雑な問題になります。それが小さな星の前を通過する小さな惑星なのか、それとも大きな星に影を落とす大きな惑星なのかをどうやって知るのでしょうか。 これはほとんどの場合、天文学の問題です。何かが小さくて近いのか、大きくて遠くにあるのでしょうか。 ホスト星の大きさ（半径）がわからないと、小さな星の前を通過する小さなものと、大きな星の前を通過する大きなものの違いがわかりません！ 幸いなことに、星の半径を決定するための非常に信頼できる方法があります。距離を決定し、それを使用して観測された明るさに一致するために必要な半径を推定するか、特別な場合には、星の地震を使用してホスト星の半径の推定を改善します。 通常、星の半径、つまりその太陽系外惑星を数パーセントの不確実性で測定できます。
ホットジュピターはかなりたくさんあります。 赤色巨星の段階での彼らの運命はどうなるでしょうか？
エルメス博士：ホットジュピターは、太陽系の水星よりも何倍も近く、ホスト星に非常に近い軌道を回る巨大な惑星であるため、最初に発見された惑星の一部でした。 ほぼ確実に、私たちが現在知っているホットジュピターのどれも、彼らのホスト星が巨星に進化するときに生き残ることはありません。 実際、巨星の周りに巨大な惑星を見つけようとしている研究者が何人かいます。先月、彼らはホスト星にすぐに飲み込まれる運命にある惑星のバッチを発表しました。
https://keckobservatory.org/doomed-planets 。
