ダークエネルギー

宇宙の支配的な構成要素（69.4％）である反発力のこと。 宇宙の残りの部分は、通常の物質と暗黒物質から構成されている。 暗黒エネルギーは、両物質とは対照的に、時間的にも空間的にも比較的均一で、それが占める容積内では引力ではなく重力的に反発する。

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1980年代、天文学者はIa型超新星を標準的なロウソクとして使いはじめました。 これらは、次のような方法で生まれると考えられています。 白い…

宇宙の反発力のようなものは、1917年にアルベルト・アインシュタインによって初めて仮説が立てられました。それは「宇宙定数」という言葉で表され、重力による引力と対抗するためにアインシュタインは渋々一般相対性理論の中に導入し、宇宙は静的（拡大でも縮小でもない）であると想定していました。 1920年代にアメリカの天文学者エドウィン・ハッブルによって、宇宙が静止しているのではなく、むしろ膨張していることが発見された後、アインシュタインはこの定数の追加を「最大の失敗」と呼んだ。 しかし、宇宙の質量エネルギー収支で測定された物質の量はありえないほど少なく、その不足分を補うために、宇宙定数のような未知の「ミッシングコンポーネント」が必要だったのだ。 ダークエネルギーは、宇宙が膨張する速度と、銀河や銀河団のような大規模構造が重力不安定性によって形成される速度に影響を与えることによって検出されます。 膨張速度の測定には、望遠鏡を使って、宇宙の歴史の中で異なる大きさのスケール（赤方偏移）で見られる天体の距離（または光の移動時間）を測定することが必要である。 しかし、天文学的な距離を正確に測定することは困難であるため、このような取り組みには一般的に限界がある。 暗黒エネルギーは重力に逆らって働くため、暗黒エネルギーが多いほど宇宙の膨張は加速され、大規模構造の形成は遅れる。 そのため、Ia型超新星のように明るさがわかっている天体の明るさを観測することで、宇宙の膨張速度を測定する方法がある。 1998年、アメリカの天文学者アダム・リース（本稿執筆者）とソール・パームター、オーストラリアの天文学者ブライアン・シュミットを含む2つの国際チームが、この方法で暗黒エネルギーを発見した。 この2つのチームは、ケック天文台やMMT天文台など8つの望遠鏡を使いました。 宇宙が現在の2/3の大きさしかないときに爆発したIa型超新星は、暗黒エネルギーがない宇宙で起こるよりも暗く、したがって遠方にあったのです。 このことは、宇宙の膨張速度が過去よりも現在の方が速いことを意味しており、現在の暗黒エネルギーが支配的であることを意味しています。 (

大規模構造に対する暗黒エネルギーの影響を調べるには、「弱いレンズ効果」として知られる、介在する物質による空間の屈曲によって生じる銀河の形状の微妙な歪みを測定する必要があります。 過去数十億年のある時点で、暗黒エネルギーが宇宙で優勢になり、銀河や銀河団がより多く形成されなくなりました。 このような宇宙の構造の変化が、弱いレンズ効果によって明らかになったのです。 また、宇宙にある銀河団の数を数えることで、宇宙の体積とその体積が増加する速度を測ることもできます。 ダークエネルギーの観測的研究の目的は、その状態方程式（圧力とエネルギー密度の比）、特性の変化、およびダークエネルギーが重力物理学を完全に記述している度合いを測定することである。

宇宙論において、ダークエネルギーはアインシュタインの一般相対性理論における場の方程式のストレス-エネルギーテンソルにおける成分の一般的なクラスである。 この理論では、宇宙の物質-エネルギー（テンソルで表される）と時空の形が直接対応している。 物質（またはエネルギー）密度（正の量）と内圧の両方が成分の重力場に寄与している。 物質や放射線など、応力-エネルギーテンソルのおなじみの成分は、時空を曲げることで引力を与えるが、暗黒エネルギーは負の内圧によって反発する重力を与える。 圧力とエネルギー密度の比が-1/3以下であれば、負の圧力を持つ成分として重力的に自己反発する可能性がある。 そのような成分が宇宙を支配すれば、宇宙の膨張を加速することになる。

ダークエネルギーに関する最もシンプルで古い説明は、それが空の空間に固有のエネルギー密度、つまり “真空エネルギー” であることです。 数学的には、真空エネルギーはアインシュタインの宇宙定数と等価である。 アインシュタインらによって宇宙定数は否定されたが、現代の場の量子論に基づく真空の理解では、真空エネルギーは、空の空間における量子ゆらぎ（仮想の粒子と反粒子の対が生まれ、その直後に互いに消滅する）の総体から自然に発生すると考えられている。 しかし、観測された宇宙真空のエネルギー密度は1立方センチメートルあたり〜10-10エルグであり、場の量子論から予測される値は1立方センチメートルあたり〜10110エルグである。 この10120という不一致は、はるかに弱いダークエネルギーが発見される以前から知られていた。 この問題に対する根本的な解決策はまだ見つかっていないが、超ひも理論や多数の切断された宇宙の存在を仮定した、確率的な解決策が提案されている。 このパラダイムでは、定数の予想外の低い値は、定数の異なる値が発生する機会（すなわち宇宙）の数がさらに多くなり、銀河の形成（したがって星や生命）を可能にするのに十分小さい値がランダムに選択された結果だと理解されている。 この暗黒エネルギーは「真髄」として知られ、空間と時間の中で変化するため、宇宙論的定数と区別することが可能である。 また、ビッグバンのインフレーション理論に登場するスカラー場エネルギーとメカニズムが似ている（規模は大きく異なるが）。

ダークエネルギーのもう1つの可能な説明は、宇宙の構造におけるトポロジカル欠陥である。 時空に内在する欠陥（例えば、宇宙のひもや壁）の場合、欠陥の状態方程式の値は、欠陥がひも（一次元）か壁（二次元）かに依存するが、宇宙の拡大に伴う新しい欠陥の生成は、数学的に宇宙定数と類似している。

暗黒エネルギーの有無にかかわらず加速膨張を理解するための大きな課題は、暗黒エネルギーと暗黒物質が異なる進化を遂げたはずなのに、比較的最近（過去数十億年）その密度がほぼ等しくなったことを説明することである。 (宇宙初期に宇宙構造が形成されるには、暗黒エネルギーは重要な要素ではなかったはずだ）。 この問題は、”偶然の一致問題 “や “微調整問題 “と呼ばれる。 ダークエネルギーの性質とそれに関連する多くの問題を理解することは、現代物理学の最も手ごわい課題の一つである

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