巨大な宇宙テストでニュートンとアインシュタインの重力理論が正確であることが示される

巨大な宇宙テストでニュートンとアインシュタインの重力理論が正確であることが示される

Neetika Walter著、Interesting Engineeringより,

科学者たちは宇宙で最大級の構造物にわたって重力をテストし、それが長年の物理法則によって正確に予測されるように振る舞うことを発見した。
銀河と銀河団は宇宙全体にわたって重力の引力をたどる。iStock Photos

ペンシルベニア大学が率いる研究者たちは、アタカマ宇宙論望遠鏡のデータを利用して、銀河団が広大な宇宙距離にわたってどのように移動するかを調査した。

彼らの結果は、重力がアイザック・ニュートンによって最初に記述され、後にアルバート・アインシュタインの一般相対性理論に組み込まれた逆二乗則に沿って距離とともに弱まることを示している。

この発見は、大規模で重力が変化すると示唆する代替理論に異議を唱え、代わりに目に見えない成分である暗黒物質が宇宙の運動を形作っているという考えを補強している。

スケールでの重力の保持

「天体物理学は宇宙の台帳における大きな不一致に悩まされてきた」とパトリシオ・A・ガジャルドは述べた。

「銀河内の星の軌道や銀河団内の銀河の動きを見ると、含まれる可視物質の量に対して、いくつかはあまりにも速く移動しているように見える。」

重力自体が原因である可能性をテストするために、研究者たちは巨大な銀河団を通過する際の宇宙マイクロ波背景の微妙な歪みを分析した。

これらの歪みは、銀河団の周りの高温ガスの運動によって引き起こされ、チームは数億光年にわたる距離で銀河団がどのくらいの速さで互いに近づいているかを測定できた。

結果は古典物理学と相対論的物理学の予測と密接に一致し、これらのスケールで重力が予想とは異なる方法で弱まる証拠を示さなかった。

「17世紀にニュートンによって提案され、その後アインシュタインの一般相対性理論に組み込まれた逆二乗則が、21世紀になってもなおその地位を保っていることは驚くべきことだ」とガジャルドは述べた。

暗黒物質の証拠が強まる

この研究は宇宙論における長年の謎に取り組んでいる。観測は一貫して、銀河の端の星や銀河団内の銀河が、可視物質だけでは説明できないより速く移動していることを示している。

「それが中心的な謎だ」とガジャルドは説明した。

「大規模で重力が異なるように振る舞うか、宇宙に直接見ることができない追加の物質が含まれているかのどちらかだ。」

新しい測定値が重力が予想通りに振る舞うことを確認しているため、結果は暗黒物質を欠けている成分としての証拠を強化している。

「この研究は、宇宙に暗黒物質の成分が含まれているという証拠を強化している」とガジャルドは述べた。「しかし、その成分が何でできているのかはまだわからない。」

この研究は、ニュートン力学を修正して宇宙の運動を説明しようとする理論など、理論にも制約を課している。

個々の銀河のスケールをはるかに超えた距離にわたって重力のテストを拡張することで、この研究はこれまでで最も包括的な標準宇宙論モデルの検証の1つを提供している。

宇宙マイクロ波背景のより詳細な地図とより大規模な銀河サーベイを使用した将来の観測は、これらの測定値をさらに洗練し、さらに高い精度で重力をテストする可能性がある。

「未解決の問題が多いため、重力は依然として最も魅力的な研究分野の1つである。それは自然に魅力的な分野だ」とガジャルドは述べた。

この研究はPhysical Review Lettersに掲載された。

Tyler Durden
Fri, 04/17/2026 - 22:35