[論文レビュー] Is the Universe really expanding?

John G. Hartnett|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、宇宙が膨張しているという仮定に挑戦し、観測されたハッブル赤方偏移が、空間の膨張ではなく、静的な宇宙における未知のメカニズムに起因する可能性を主張している。結論として、現在のデータ—超新星、クェーサー、ガンマ線バーストを含む—は、より少ない仮定と、ダークマターおよびダークエネルギーの必要がない非膨張的ユークリッドモデルでも、標準のΛCDMモデルと同等に適合することを示している。

ABSTRACT

The Hubble law, determined from the distance modulii and redshifts of galaxies, for the past 80 years, has been used as strong evidence for an expanding universe. This claim is reviewed in light of the claimed lack of necessary evidence for time dilation in quasar and gamma-ray burst luminosity variations and other lines of evidence. It is concluded that the observations could be used to describe either a static universe (where the Hubble law results from some as-yet-unknown mechanism) or an expanding universe described by the standard Lambda cold dark matter model. In the latter case, size evolution of galaxies is necessary for agreement with observations. Yet the simple non-expanding Euclidean universe fits most data with the least number of assumptions. From this review it is apparent that there are still many unanswered questions in cosmology and the title question of this paper is still far from being answered.

研究の動機と目的

• 時間遅延および光度の進化に関する未解決の矛盾を踏まえ、宇宙論的膨張の証拠を再評価すること。
• ハッブル則が、空間の膨張ではなく、未知の物理的メカニズムを有する静的宇宙によって説明可能かどうかを検討すること。
• 観測データを用いて、膨張するΛCDMモデルと非膨張的ユークリッドモデルの説明力の違いを比較すること。
• クェーサーやガンマ線バーストに時間遅延が認められないことが、標準モデルの基盤を揺るがすかどうかを調査すること。
• 銀河や銀河団に「不自然な」サイズの進化が必要とされることが、標準モデルの予測力の欠陥を示唆するかどうかを特定すること。

提案手法

• 時間遅延効果が膨張宇宙モデルによって予測されるかを検証するため、タイプIa超新星のデータ—光度曲線および赤方偏移—を分析する。
• 同じ観測データを用いて、膨張宇宙モデルと静的宇宙モデルの両方におけるハッブル図を比較する。
• クェーサーやガンマ線バーストの光度変動が、宇宙論的時間遅延の予測と整合するかを評価する。
• 標準モデルの予測を検証するため、角度サイズ、表面輝度、銀河サイズの進化データをレビューする。
• ダークマターとダークエネルギーが超新星データに適合するために果たす役割を評価し、それらの物理的必要性を疑問視する。
• 「たるい光」などの代替赤方偏移メカニズムを検討し、一般相対性理論および観測的制約と整合するかを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたハッブル赤方偏移-距離関係は、空間の膨張ではなく、未知の物理的メカニズムを有する静的宇宙によって説明可能か？
• RQ2 クェーサーやガンマ線バーストは、標準モデルの予測とは異なり、測定可能な宇宙論的時間遅延を示さないが、その理由は何か？
• RQ3 高赤方偏移銀河の観測された光度の進化は、空間の膨張を仮定せずに、その見かけのサイズと明るさを説明するのに十分か？
• RQ4 クェーサーに時間遅延が認められないことは、超新星データに基づく加速的で膨張する宇宙の証拠を揺るがすか？
• RQ5 非膨張的ユークリッド宇宙モデルが、CMBR、銀河クラスタリング、Lyα吸収体を含む、宇宙論的全般のデータをダークマターおよびダークエネルギーを導入せずに適合できるか？

主な発見

• ハッブル図は、より少ない仮定で、標準のΛCDMモデルと同等に、静的で非膨張的ユークリッド宇宙モデルにも適合する。
• クェーサーやガンマ線バーストの観測では、時間遅延が測定されず、膨張宇宙モデルの予測と矛盾する。
• クェーサーに時間遅延がないことは、選択的効果または赤方偏移が宇宙論的膨張を示すという仮定の欠陥を示唆する。
• 標準モデルにおける銀河サイズの進化は、観測的に裏付けられていない、不自然な大規模な変化（数個のオーダー）を要する。
• 高赤方偏移で巨大で初期の銀河や、「初期にこれほど大きくはありえないはずの」銀河団が存在することは、標準モデルの時間軸と進化の仮定を挑戦する。
• 宇宙マイクロ波背景放射（CMBR）は、両モデルと整合的であるが、同じ雲内で観測された性質（例：温度と赤方偏移の関係）に一貫性がなく、その信頼性を疑問視する要因を示している。