小さな星が重力の急変を否定する
宇宙は膨張しており、現在の膨張の速さはハッブル定数と呼ばれる数で表される。困ったことに、二つの系統の測定が異なる答えを出す。近くの星や超新星にもとづく測定、いわゆる「距離はしご」は、宇宙で最も古い光である宇宙マイクロ波背景放射から推定される値と、データによっておよそ5シグマの水準で食い違う。低い値を出すのはマイクロ波背景放射のほうだ。これがハッブル・テンションであり、宇宙論で最も差し迫った問題の一つだ。
隠れた誤差のせいだとする説明もあれば、新しい物理を求める説明もある。最も大胆な提案の一つが**「Gステップ」モデル**だ。重力の強さを決めるニュートンの重力定数Gが、宇宙の比較的最近の過去に急に変わった、というのだ。
7,300万〜1億3,000万年前の急変
考え方はこうだ。宇宙のものさしとして使われる超新星は、Gに依存した明るさで輝く。ある時点より前にGが違っていたなら、遠くの超新星(変化の前の姿が見えている)と近くの超新星(変化の後)は同じものさしではなくなり、膨張率を見誤ることになる。ここでは二つのバージョンが検証される。
- 元のモデル：1億3,000万年前の跳びより前は、重力が**11%**強かった。
- 拡張モデル：7,300万年前の跳びより前は、**4%**強かった。
記憶の長い星
ハワイ大学のジェレミー・サクスタイン(Jeremy Sakstein)とポーツマス大学のハリー・デズモンド(Harry Desmond)は、思いがけない証人を見つけた。赤色矮星、つまり太陽の質量のおよそ3分の1に満たない、最も小さな星たちだ。これらの星は中心から表面までかき混ぜられており、どんな乱れにもきわめて鈍く反応する。大きさが変わったあとに落ち着きを取り戻すまでにかかる時間は約1億年。想定される跳びから経過した時間とほぼ同じだ。
その帰結は、まず紙とペンで、次に恒星進化コードで導かれた。強い重力のもとで暮らしていた赤色矮星は、Gが今日の値に下がると素早くふくらみ、そのあとゆっくりとしか縮まない。今日でも、その質量にしてはわずかに大きすぎるはずなのだ。
天秤にのせた8個の星
確かめるため、2人の物理学者は食連星に含まれる8個の赤色矮星を使った。地球から見て互いの前を横切る星のペアで、あらゆる星のなかでも最も精密な質量と半径が得られる。彼らは太陽質量の0.1〜0.31倍の星を、潮汐の影響を抑えられるほど十分に離れたペアから選んだ。
一つ厄介なことがある。**黒点(スタースポット)**も星をふくらませるのだ。著者らは各星の黒点の被覆率を、ゼロから全面まで自由に変えられるようにした。可能なら、黒点がどんなふくらみも吸収できるようにするためだ。
跳びの痕跡はない
どちらの年代についても、最もよく合うのは一度も変わらなかった重力だ。提案された二つの跳びは排除される。
- 4%、7,300万年前：約3.1シグマで排除。
- 11%、1億3,000万年前：約4.0シグマで排除。
黒点でモデルを救うこともできない。これらの跳びの場合、8個のうち4個の星はすでに黒点ゼロを必要としており、星の黒点がゼロより少なくなることはありえない。
重みのある証人
著者らは結果がどれほど脆いかを試した。恒星モデルが半径を系統的に1%過大評価していたとしても、排除は弱まるが残る。また、一つの星、J2343+29が重みの多くを担っていることも指摘する。この星を除くと排除は2.45シグマと1.90シグマに下がるが、それでも重力の変化を支持する傾向はまったくない。
この研究はハッブル・テンションを解決するものではない。選択肢を絞り込むものだ。最近の重力の跳びをめぐるこの二つのバージョンは、いまや私たちの銀河の星々と矛盾している。