ハッブル–ルメートルの法則ほうそく

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現代げんだい宇宙うちゅうろん
宇宙うちゅう
ビッグバンブラックホール
宇宙うちゅう年齢ねんれい
宇宙うちゅう年表ねんぴょう

ハッブル–ルメートルの法則ほうそく[1]旧称きゅうしょうハッブルの法則ほうそく」)とは、現代げんだい宇宙うちゅうろんにおいて観測かんそくされる以下いか法則ほうそくのことを[2][3]

  1. 10メガパーセク以上いじょうはなれた位置いち観測かんそくされる天体てんたいには、地球ちきゅうとの相対そうたい速度そくど解釈かいしゃくされるあか方偏かたへんうつりられる。
  2. このドップラー効果こうかから計算けいさんされる、様々さまざま銀河ぎんが地球ちきゅうからの後退こうたい速度そくどは、すうひゃくメガパーセク程度ていど銀河ぎんがまでは地球ちきゅうからの距離きょりにほぼ比例ひれいする。

天体てんたい我々われわれからとおざかるはやさ(後退こうたい速度そくど)、我々われわれからその天体てんたいまでの距離きょりとすると、

となる。ここで比例ひれい定数ていすう ハッブル定数ていすう (Hubble constant) とばれ、現在げんざい宇宙うちゅう膨張ぼうちょう速度そくどめる。ハッブル定数ていすう時間じかん逆数ぎゃくすう次元じげん T−1 をもち、通常つうじょうキロメートルまいびょうまいメガパーセク記号きごう: km/s/Mpc)が単位たんいとしてもちいられる。この発見はっけんは、宇宙うちゅう膨張ぼうちょうしているものであるとするせつ強力きょうりょく支持しじするものとなった。

1929ねんエドウィン・ハッブル論文ろんぶん発表はっぴょうした[4]ため、この法則ほうそくは「ハッブルの法則ほうそく」の名称めいしょうひろられたが、1922ねん現在げんざいフリードマン方程式ほうていしき」としてられている一連いちれん方程式ほうていしき発表はっぴょうしたアレクサンドル・フリードマンによって一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんしきからみちびされたのが最初さいしょである。1927ねんにはジョルジュ・ルメートル宇宙うちゅう膨張ぼうちょう提案ていあんし、膨張ぼうちょうりつ推定すいてい提示ていじしていたが[5]フランス語ふらんすごのマイナーな雑誌ざっし掲載けいさいされたため、その時点じてんではまだ注目ちゅうもくされていなかった[6][7][8]。なお、ルメートルはスライファーとハッブルの観測かんそくデータをもちいている[6][7]。2018ねん8がつ開催かいさいされただい30かい国際こくさい天文学てんもんがく連合れんごう総会そうかいで、ルメートルの功績こうせき顕彰けんしょうするため、ハッブルの法則ほうそくを「ハッブル=ルメートルの法則ほうそく」 (Hubble-Lemaître law) とぶことを推奨すいしょうする決議けつぎあん提出ていしゅつされた[9][10]。2018ねん10がつ26にちられた投票とうひょう結果けっか、この決議けつぎあんやく78%の賛成さんせい多数たすうもっ採択さいたくされた[11]

ハッブルパラメータの変化へんか[編集へんしゅう]

ハッブル定数ていすうは、定数ていすうばれているが、時間じかんとも変化へんかしうる。時間じかん関数かんすうとしてのハッブル定数ていすうハッブルパラメータ (Hubble parameter) とび、あらわす。観測かんそくもとめられるハッブル定数ていすう

は、正確せいかくには「現在げんざいのハッブルパラメータ」である。

エドワード・アーサー・ミルン導出どうしゅつした、宇宙うちゅう膨張ぼうちょう加速かそく減速げんそくもしないミルン宇宙うちゅうでは、ハッブルパラメータはビッグバンからの経過けいか時間じかん反比例はんぴれいして減少げんしょうする。速度そくど 一定いっていのまま距離きょり だけが増加ぞうかするからである。

一方いっぽう定常ていじょう宇宙うちゅうろんではハッブルパラメータは一定いっていである。宇宙うちゅう膨張ぼうちょう指数しすう関数かんすうてき加速かそくし(過去かこにさかのぼると減速げんそくし)、過去かこにいくらさかのぼってもビッグバンはこらない。

距離きょり」「速度そくど」の定義ていぎ[編集へんしゅう]

ちかくの銀河ぎんがだけをているときは「距離きょり」と「速度そくど」の定義ていぎ自明じめいだが、とおくの銀河ぎんがについてはそれらの定義ていぎ問題もんだいとなる。

ハッブル=ルメートルの法則ほうそくつ「距離きょり」とは、きょうどう距離きょり、つまり、その銀河ぎんが現在げんざい位置いちまでの距離きょりである。「速度そくど」とは、その時間じかん微分びぶんである[12]観測かんそくじょう遠方えんぽう天体てんたいほど、ハッブル=ルメートルの法則ほうそくしたがわなくなる。これは光速こうそく有限ゆうげんなため観測かんそくじょう遠方えんぽう天体てんたい過去かこ距離きょり宇宙うちゅうろんてき固有こゆう距離きょり)と速度そくどあらわし、かつ過去かこのハッブル定数ていすう現在げんざいのハッブル定数ていすうことなるからである。

銀河ぎんがまでのきょうどう距離きょりあらわすと、ハッブル=ルメートルの法則ほうそくつぎのようにあらわせる[12]

距離きょりとしてひかり距離きょり、つまり、ひかりとど所要しょよう時間じかんひかり速度そくどけた使つかうと、

あか方偏かたへんうつり)が成立せいりつするが、ミルンの宇宙うちゅう以外いがいではとおくの銀河ぎんがひかり距離きょりたいしてハッブル=ルメートルの法則ほうそくりたない[12]

ハッブル定数ていすう[編集へんしゅう]

銀河ぎんが後退こうたい速度そくど銀河ぎんがからのひかりスペクトルあか方偏かたへんうつり調しらべることによって容易ようい決定けっていできるが、距離きょり決定けっていは、現在げんざいのところ、様々さまざま算出さんしゅつ方法ほうほう総合そうごうしてすしかないため、正確せいかくもとめることは困難こんなんである。そのためハッブル定数ていすう不確ふたしかなものとなっている。

つい最近さいきんまで、ハッブル定数ていすう見積みつもりには 50–100 km/s/Mpc という非常ひじょうおおきなかくかさがあった。

2008ねん公表こうひょうされた WMAP による初期しょき観測かんそくでは、70.5±1.3 km/s/Mpc というあたえられていた[13]。そのNASA赤外線せきがいせん宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょうスピッツァーによるとお赤外線せきがいせん観測かんそくから 74.3±2.1 km/s/Mpc というられた[14]が、2012ねんに、NASAの人工じんこう衛星えいせいWMAPなどの観測かんそくによる 69.32±0.80 km/s/Mpc というあたえられた[15]

2013ねんには、プランク観測かんそく結果けっかにより 67.15±1.2 km/s/Mpc というあたらしいあたえられた[16][17]

2017ねん現在げんざい70.0+12.0
−8.0
 km/s/Mpc
という公表こうひょうされている(下記かきおもて参照さんしょう)。

ハッブル定数ていすう公表こうひょう変遷へんせん2017ねん現在げんざい
公表こうひょう ハッブル定数ていすう
(km/s)/Mpc
観測かんそくしゃ 引用いんよう 特記とっき事項じこう / 観測かんそく方法ほうほう
2017-10-16 70.0+12.0
−8.0
LIGO科学かがくコラボレーション
Virgo interferometer Collaboration
[18] 重力じゅうりょく解析かいせきられた重力じゅうりょくからは宇宙うちゅう距離きょり梯子はしご使つかわずに宇宙うちゅうろんてき光度こうど距離きょり直接ちょくせつ推計すいけいすることができる。
2016-11-22 71.9+2.4
−3.0
ハッブル宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょう [19] 時間じかんをおいて撮影さつえいした複数ふくすう重力じゅうりょくレンズ効果こうか画像がぞう時間じかんからられた
2016-07-13 67.6+0.7
−0.6
スローン・デジタル・スカイサーベイ -III 「バリオン音響おんきょう振動しんどうスペクトルサーベイ」 [20] バリオン音響おんきょう振動しんどう英語えいごばん観測かんそくからられた
2016-05-17 73.00±1.75 ハッブル宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょう [21] Iaがた超新星ちょうしんせい観測かんそくからられた。この今後こんごガイア計画けいかく進展しんてんによって精度せいどは2ばい以上いじょうがる見込みこみ。
2015-02 67.74±0.46 2015ねんのプランクミッション [22][23]
2013-10-01 74.4±3.0 Cosmicflows-2 [24] タリー・フィッシャー関係かんけいセファイド変光星へんこうせい、Type I超新星ちょうしんせい観測かんそくなどからられたあか方偏かたへんうつり比較ひかくしてられた
2013-03-21 67.80±0.77 2013ねんのプランクミッション [25][26][27][28][29]
2012-12-20 69.32±0.80 WMAP (9ねん) [30]
2010 70.4+1.3
−1.4
WMAP (7ねん)、その [31]
2010 71.0±2.5 WMAP (7ねん) [31]
2009-02 70.1±1.3 WMAP (5ねん)、その [32]
2009-02 71.9+2.6
−2.7
WMAP (5ねん) [32]
2007 70.4+1.5
−1.6
WMAP (3ねん) [33]
2006-08 77.6+14.9
−12.5
チャンドラXせん観測かんそく衛星えいせい [34]
2001-05 72±8 ハッブル宇宙うちゅう望遠鏡ぼうえんきょう [35] スニヤエフ・ゼルドビッチ効果こうか観測かんそくおおくの銀河ぎんがだんについてった結果けっか
prior to 1996 50–90 [36]
early 1970s ~55 アラン・サンデージ [37] アラン・サンデージによる修正しゅうせい。サンデージはこの使つかって、宇宙うちゅう年齢ねんれいやく180おくねん推測すいそくした[ちゅう 1]
1958 75 アラン・サンデージ [38] ハッブル定数ていすう最初さいしょ精度せいどよく見積みつもったものだったが、当初とうしょ信頼しんらいられなかった。
1956 180 ヒューメイソン、メイオール、サンデージ [37]
1929 500 エドウィン・ハッブルフッカー望遠鏡ぼうえんきょう [39][37][40]
ハッブル定数の公表値の変化を表したグラフ。最新値は左端。
ハッブル定数ていすう公表こうひょう変化へんかあらわしたグラフ。最新さいしん左端ひだりはし(よこじく時間じかん比例ひれいしていない)

ハッブル時間じかんとハッブル距離きょり[編集へんしゅう]

ハッブル定数ていすう逆数ぎゃくすう時間じかん)の次元じげんち、ハッブル時間じかんばれる。

さきのハッブル定数ていすう使つかうと、ハッブル時間じかんは138おくねんである。宇宙うちゅう年齢ねんれい は、ミルン宇宙うちゅうではハッブル時間じかんひとしいが、実際じっさい加速かそく減速げんそくがあるので、ハッブル時間じかんとはことなる。観測かんそくられた宇宙うちゅうろんパラメータ使つかうと、実際じっさい宇宙うちゅう加速かそく減速げんそくかえした結果けっか宇宙うちゅう年齢ねんれいはハッブル時間じかんとほとんどおなじ137おくねんとなる。ただし、ハッブル時間じかんそのものに物理ぶつりてき意味いみはない。

ひかり速度そくどをハッブル定数ていすうった、つまり、ひかり速度そくどとハッブル時間じかんせきを、ハッブル距離きょり

といい、138おく光年こうねんである。ハッブル距離きょりそのものも物理ぶつりてき意味いみはないが、ひかり速度そくど宇宙うちゅう年齢ねんれいせき の138おく光年こうねんは、宇宙うちゅう地平ちへいめん宇宙うちゅうて)までのひかり距離きょりである。ただし、地平ちへいめんまでのきょうどう距離きょり(こちらのほうが通常つうじょう意味いみでの距離きょりである[12])は466おく光年こうねんで、かなりことなる。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

注釈ちゅうしゃく[編集へんしゅう]

  1. ^ ひとしそく膨張ぼうちょうであると仮定かていし、により、速度そくどvが光速こうそくcにたっする距離きょりDをもとめた。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

  1. ^ ハッブル-ルメートルの法則ほうそく”. 日本にっぽん天文てんもん学会がっかい (2018ねん12月4にち). 2018ねん12月18にち閲覧えつらん
  2. ^ Riess, Adam G. et al. (1998). “Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant”. The Astronomical Journal 116 (3): 1009-1038. arXiv:astro-ph/9805201. Bibcode1998AJ....116.1009R. doi:10.1086/300499. ISSN 0004-6256. 
  3. ^ Perlmutter, S. et al. (1999). “Measurements of Ωおめが and Λらむだ from 42 High‐Redshift Supernovae”. The Astrophysical Journal 517 (2): 565-586. arXiv:astro-ph/9812133. Bibcode1999ApJ...517..565P. doi:10.1086/307221. ISSN 0004-637X. 
  4. ^ Hubble; Edwin (1929). “A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 15 (3): 168-173. Bibcode1929PNAS...15..168H. doi:10.1073/pnas.15.3.168. 
  5. ^ Lemaître, G. (1927). “Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques”. Annales de la Société Scientifique de Bruxelles A 47 (47): 49-59. Bibcode1927ASSB...47...49L. 
    Lemaître, G. (1931). “Expansion of the universe, A homogeneous universe of constant mass and increasing radius accounting for the radial velocity of extra-galactic nebulae”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 91 (5): 483-490. Bibcode1931MNRAS..91..483L. doi:10.1093/mnras/91.5.483. 英語えいごでの抄訳しょうやく
  6. ^ a b マリオ・リヴィオ ちょ千葉ちば敏生としお やく偉大いだいなる失敗しっぱい天才てんさい科学かがくしゃたちはどう間違まちがえたか』早川書房はやかわしょぼう、2015ねん1がつ23にち、252ぺーじISBN 978-4152095183 
  7. ^ a b Livio, M. (2011). “Lost in translation: Mystery of the missing text solved”. Nature 479 (7372): 171-173. Bibcode2011Natur.479..171L. doi:10.1038/479171a. PMID 22071745. 
  8. ^ Livio, M.; Riess, A. (2013). “Measuring the Hubble constant”. Physics Today 66 (10): 41. Bibcode2013PhT....66j..41L. doi:10.1063/PT.3.2148. 
  9. ^ on a suggested renaming of the Hubble Law”. IAU Executive Committee. 2018ねん9がつ3にち閲覧えつらん
  10. ^ 岡村おかむらじょうのり (2018ねん9がつ1にち). “[tennet:16640 「ハッブルの法則ほうそく」→ 「ハッブル-ルメートルの法則ほうそく」?]”. 日本にっぽん天文てんもん学会がっかい. 2018ねん9がつ3にち閲覧えつらん
  11. ^ "IAUえーゆー members vote to recommend renaming the Hubble's law as the Hubble-Lemaître law" (Press release). 国際こくさい天文学てんもんがく連合れんごう. 29 October 2018. 2018ねん10がつ30にち閲覧えつらん
  12. ^ a b c d エドワード・ライト英語えいごばん (2013ねん8がつ3にち). “Why the Light Travel Time Distance should not be used in Press Releases” (英語えいご). カリフォルニア大学だいがくロサンゼルスこう天文学てんもんがく天文てんもん物理ぶつりがく. 2016ねん8がつ1にち閲覧えつらん
  13. ^ Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results” (PDF) (英語えいご). nasa.gov. 2009ねん1がつ6にち閲覧えつらん
  14. ^ NASA's “Infrared Observatory Measures Expansion of Universe NASA (英語えいご). (2012ねん10がつ3にち). http://www.spitzer.caltech.edu/news/1461-ssc2012-13-NASA-s-Infrared-Observatory-Measures-Expansion-of-Universe- NASA's 
  15. ^ “Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results arXiv (英語えいご). (2013ねん6がつ4にち). arXiv:1212.5225. http://arxiv.org/abs/1212.5225 
  16. ^ Plunck Reveals an almost perfect universe” (英語えいご). 欧州おうしゅう宇宙うちゅう機関きかん (2013ねん3がつ21にち). 2014ねん7がつ1にち閲覧えつらん
  17. ^ “「プランク」が宇宙うちゅう誕生たんじょう名残なごりを最高さいこう精度せいど観測かんそく. アストロアーツ (アスキー). (2013ねん3がつ22にち). https://www.astroarts.co.jp/news/2013/03/22planck/index-j.shtml 2014ねん7がつ1にち閲覧えつらん 
  18. ^ The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration; The 1M2H Collaboration; The Dark Energy Camera GW-EM Collaboration and the DES Collaboration; The DLT40 Collaboration; The Las Cumbres Observatory Collaboration; The VINROUGE Collaboration; The MASTER Collaboration (2017-10-16). “A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant” (英語えいご). Nature advance online publication. doi:10.1038/nature24471. ISSN 1476-4687. http://www.nature.com/nature/journal/vaap/ncurrent/full/nature24471.html. 
  19. ^ Vivien Bonvin; Frédéric Courbin; Sherry H. Suyu et. al. (2016-11-22). “H0LiCOW – V. New COSMOGRAIL time delays of HE 0435−1223: H0 to 3.8 per cent precision from strong lensing in a flat ΛらむだCDM model”. MNRAS 465 (4): 4914–4930. arXiv:1607.01790. Bibcode2017MNRAS.465.4914B. doi:10.1093/mnras/stw3006. 
  20. ^ Grieb, Jan N.; Sánchez, Ariel G.; Salazar-Albornoz, Salvador (2016-07-13). “The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Cosmological implications of the Fourier space wedges of the final sample”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: stw3384. arXiv:1607.03143. Bibcode2017MNRAS.467.2085G. doi:10.1093/mnras/stw3384. 
  21. ^ Riess, Adam G.; Macri, Lucas M.; Hoffmann, Samantha L.; Scolnic, Dan; Casertano, Stefano; Filippenko, Alexei V.; Tucker, Brad E.; Reid, Mark J. et al. (2016-04-05). “A 2.4% Determination of the Local Value of the Hubble Constant”. The Astrophysical Journal 826: 56. arXiv:1604.01424. Bibcode2016ApJ...826...56R. doi:10.3847/0004-637X/826/1/56. 
  22. ^ Planck Publications: Planck 2015 Results”. European Space Agency (2015ねん2がつ). 2015ねん2がつ9にち閲覧えつらん
  23. ^ Cowen, Ron; Castelvecchi, Davide (2014ねん12月2にち). “European probe shoots down dark-matter claims”. Nature. doi:10.1038/nature.2014.16462. http://www.nature.com/news/european-probe-shoots-down-dark-matter-claims-1.16462 2014ねん12月6にち閲覧えつらん 
  24. ^ Tully, R. Brent; Courtois, Helene M.; Dolphin, Andrew E.; Fisher, J. Richard; Heraudeau, Philippe; Jacobs, Bradley A.; Karachentsev, Igor D.; Makarov, Dmitry et al. (5 September 2013). “Cosmicflows-2: The Data”. The Astronomical Journal 146 (4): 86. doi:10.1088/0004-6256/146/4/86. ISSN 0004-6256. https://arxiv.org/abs/1307.7213. 
  25. ^ Bucher, P. A. R.; et al. (Planck Collaboration) (2013). “Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific Results”. Astronomy & Astrophysics 571: A1. arXiv:1303.5062. Bibcode2014A&A...571A...1P. doi:10.1051/0004-6361/201321529. 
  26. ^ Planck reveals an almost perfect universe”. ESA (2013ねん3がつ21にち). 2013ねん3がつ21にち閲覧えつらん
  27. ^ Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus”. JPL (2013ねん3がつ21にち). 2013ねん3がつ21にち閲覧えつらん
  28. ^ Overbye, D. (2013ねん3がつ21にち). “An infant universe, born before we knew”. New York Times. https://www.nytimes.com/2013/03/22/science/space/planck-satellite-shows-image-of-infant-universe.html 2013ねん3がつ21にち閲覧えつらん 
  29. ^ Boyle, A. (2013ねん3がつ21にち). “Planck probe's cosmic 'baby picture' revises universe's vital statistics”. NBCニュース. 2013ねん3がつ21にち閲覧えつらん
  30. ^ Bennett, C. L. (2013). “Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: Final maps and results”. en:The Astrophysical Journal Supplement Series 208 (2): 20. arXiv:1212.5225. Bibcode2013ApJS..208...20B. doi:10.1088/0067-0049/208/2/20. 
  31. ^ a b Jarosik, N. (2011). “Seven-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: Sky maps, systematic errors, and basic results”. en:The Astrophysical Journal Supplement Series 192 (2): 14. arXiv:1001.4744. Bibcode2011ApJS..192...14J. doi:10.1088/0067-0049/192/2/14. 
  32. ^ a b Hinshaw, G.; et al. (WMAP Collaboration) (2009). “Five-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe observations: Data processing, sky maps, and basic results”. en:The Astrophysical Journal Supplement 180 (2): 225–245. arXiv:0803.0732. Bibcode2009ApJS..180..225H. doi:10.1088/0067-0049/180/2/225. 
  33. ^ Spergel, D. N.; et al. (WMAP Collaboration) (2007). “Three-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications for cosmology”. en:The Astrophysical Journal Supplement Series 170 (2): 377–408. arXiv:astro-ph/0603449. Bibcode2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700. 
  34. ^ Bonamente, M.; Joy, M. K.; Laroque, S. J.; Carlstrom, J. E.; Reese, E. D.; Dawson, K. S. (2006). “Determination of the cosmic distance scale from Sunyaev–Zel'dovich effect and Chandra X‐ray measurements of high‐redshift galaxy clusters”. en:The Astrophysical Journal 647: 25. arXiv:astro-ph/0512349. Bibcode2006ApJ...647...25B. doi:10.1086/505291. 
  35. ^ Freedman, W. L. (2001). “Final results from the Hubble Space Telescope Key Project to measure the Hubble constant”. en:The Astrophysical Journal 553 (1): 47–72. arXiv:astro-ph/0012376. Bibcode2001ApJ...553...47F. doi:10.1086/320638. 
  36. ^ Overbye, D. (1999). “Prologue”. Lonely Hearts of the Cosmos (2nd ed.). ハーパーコリンズしゃ. p. 1ff. ISBN 978-0-316-64896-7 
  37. ^ a b c John P. Huchra (2008ねん). “The Hubble Constant”. Harvard Center for Astrophysics. 2017ねん12月19にち閲覧えつらん
  38. ^ Sandage, A. R. (1958). “Current problems in the extragalactic distance scale”. en:The Astrophysical Journal 127 (3): 513–526. Bibcode1958ApJ...127..513S. doi:10.1086/146483. 
  39. ^ Edwin Hubble, A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae, Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 15, no. 3, pp. 168-173, March 1929
  40. ^ Hubble's Constant”. Skywise Unlimited - Western Washington University. 2017ねん12月19にち閲覧えつらん

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]