トールマン表面輝度テストは、1930年代に新しい宇宙論モデルの実現可能性を検証し比較するために考案された6つの宇宙論テストのうちの1つです。トールマンテストは、銀河の表面輝度を赤方偏移（zとして測定）の関数として比較します。このような比較は、宇宙が膨張しているか静止しているかをテストするために、1930年にリチャード・C・トールマンによって初めて提案されました。これは、暗黒エネルギー、暗黒物質、ハッブル定数のパラメータに依存せず、宇宙論的赤方偏移が膨張宇宙によって引き起こされるかどうかを純粋にテストするため、宇宙論におけるユニークなテストです。[1]
単純な (静的かつ平坦な) 宇宙では、物体から受け取る光はその距離の 2 乗に比例して減少し、物体の見かけの面積も距離の 2 乗に比例して減少するため、表面輝度 (表面積あたりに受け取る光量) は距離に関わらず一定になります。しかし、膨張宇宙では、この関係を変える 2 つの影響があります。まず、各光子が前の光子よりも少し遠くまで移動する必要があるため、光子の受信率が下がります。次に、観測される各光子のエネルギーが赤方偏移によって減少します。同時に、観測される光子は物体が今より近かったときに放射されたため、遠くの物体は実際よりも大きく見えます。これらの影響を合わせると、単純な膨張宇宙 (平坦な形状で、観測される赤方偏移の範囲にわたって均一な膨張) の表面輝度は、 1+ zの4 乗で減少するはずです。
最も初期かつ最も包括的な研究の一つは1996年に発表されました。それまでは観測要件によってこのテストの実用性が制限されていたためです。このテストは、宇宙の膨張と整合性があることを示しました。[2]しかし、著者らはそこで次のように指摘しています。
「銀河を標準条件に補正しなければならないトールマン SB テストの結果は、想定される宇宙論にいくらか依存しますが、後述するように、ここで関心のある赤方偏移の場合、宇宙論の影響は、膨張モデルと疲労光モデルの間で予測される差に比べてかなり小さいです。」
これをレビューした後の論文では、公平なテストを行うためにSBを計算するために想定されていた膨張宇宙論を削除し、修正を加えた1996年の結果は静的宇宙を排除しないことが判明しました。[3]
これまでで最も複雑な表面輝度と赤方偏移の関係に関する研究は、10メートルのケック望遠鏡を用いて約1000個の銀河の赤方偏移を測定し、2.4メートルのハッブル宇宙望遠鏡を用いてそれらの銀河の表面輝度を測定するという手法で行われた。[4]得られた指数は、最も単純な膨張モデルで予想される4ではなく、周波数帯域に応じて2.6または3.4である。著者らは以下のようにまとめている。
「これはまさにブルズアルとシャルロの進化モデルから予想される範囲であることを示しています。トールマンの表面輝度テストは、膨張の現実と一致すると結論付けています。」
先行研究では、この解析では（アインシュタイン・ド・ジッターに類似した）静的宇宙論の可能性の一つを検証し、異なる角度の大きさと距離の関係を持つ静的モデルはこの検証に合格できることが指摘されている。 [3] [5]静的宇宙論と膨張宇宙論の予測差は、赤方偏移が高いほど劇的に変化するが、銀河の進化を考慮すると不確実性が増す。これまでに行われた最も広範な検証はz=5までであり、この検証では静的宇宙論と一致する結果が得られたが、銀河の大きさの進化に関する単一のモデルのみを検証したため、膨張宇宙論を排除することはできなかった。[5]静的疲労光モデルは、宇宙論的時間の遅れを予測しないため、超新星の観測結果と依然として矛盾している。[6] [7] [8]
参照
脚注
- ^ リチャード・トルマン (1934). 「相対性理論、熱力学、そして宇宙論」 .国際物理学モノグラフシリーズ. (オックスフォード) . 18 (231): 327– 328. doi :10.2307/3605486. JSTOR 3605486.
- ^ Pahre, Michael A.; Djorgovski, SG; Carvalho, RR de (1996年1月10日). 「宇宙膨張と遠方銀河団における楕円銀河の進化に関するトールマン表面輝度テスト」.アストロフィジカル・ジャーナル. 456 (2): L79. arXiv : astro-ph/9511061 . Bibcode :1996ApJ...456L..79P. doi : 10.1086/309872 . ISSN 0004-637X. S2CID 14419860.
- ^ ab Lerner, Eric J.; Falomo, Renato; Scarpa, Riccardo (2014年5月1日). 「局所宇宙からz ~ 5までの銀河の紫外線表面輝度」. International Journal of Modern Physics D . 23 (6): 1450058. arXiv : 1405.0275 . Bibcode :2014IJMPD..2350058L. doi :10.1142/S0218271814500588. ISSN 0218-2718. S2CID 119272816.
- ^ Allan Sandageと Lori M. Lubin、2271-88; Lori M. Lubin と Allan Sandage、「膨張の現実性に関するトールマン表面輝度テスト。II。導出された測光パラメータに対する点広がり関数と銀河の楕円率の影響」、天文学ジャーナル 121 (2001): 2289-300; Lori M. Lubin と Allan Sandage、「膨張の現実性に関するトールマン表面輝度テスト。III。3 つの高赤方偏移クラスターにある早期型銀河のハッブル宇宙望遠鏡プロファイルと表面輝度データ」、天文学ジャーナル 122 (2001): 1071-83;ロリ・M・ルビンとアラン・サンデージ、「膨張の現実性を証明するトールマン表面輝度テスト。IV. トールマン信号の測定と初期型銀河の輝度進化」『天文学ジャーナル』122 (2001): 1084-1103。
- ^ ab Lerner, Eric J (2018年7月). 「観測結果は、膨張宇宙仮説に基づく銀河のサイズと表面輝度の予測と矛盾している」.王立天文学会月報. 477 (3): 3185– 3196. arXiv : 1803.08382 . doi : 10.1093/mnras/sty728 .
- ^ 「疲れた光宇宙論における誤り」www.wolff.ch . 2024年9月21日閲覧。
- ^ Goldhaber, G.; Groom, DE; Kim, A.; Aldering, G.; Astier, P.; Conley, A.; Deustua, SE; Ellis, R.; Fabbro, S.; Fruchter, AS; Goobar, A.; Hook, I.; Irwin, M.; Kim, M.; Knop, RA (2001-09-01). 「Ia型超新星Bバンド光曲線のタイムスケールストレッチパラメータ化」. The Astrophysical Journal . 558 (1): 359– 368. arXiv : astro-ph/0104382 . Bibcode :2001ApJ...558..359G. doi :10.1086/322460. ISSN 0004-637X.
- ^ White, RMT; Davis, TM; Lewis, GF; Brout, D.; Galbany, L.; Glazebrook, K.; Hinton, SR; Lee, J.; Lidman, C.; Möller, A.; Sako, M.; Scolnic, D.; Smith, M.; Sullivan, M.; Sánchez, BO (2024-09-01). 「ダークエネルギーサーベイ超新星プログラム：低速超新星がz 1までの宇宙時間の遅れを示す」Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 533 (3): 3365– 3378. arXiv : 2406.05050 . Bibcode :2024MNRAS.533.3365W. doi : 10.1093/mnras/stae2008 . ISSN 0035-8711。
