宇宙の距離梯子

他の銀河までの距離を直接測定した人は誰もいません — 梯子の各段階は、その一段下で較正されています。純粋な幾何学によって決まる年周視差は近くのケフェイド変光星の基準を定め、それらのケフェイドが母銀河内のIa型超新星の最大光度を較正し、宇宙膨張を示せるほど遠い超新星がハッブル定数そのものを較正します。各段階は下の段階の誤差を引き継ぐため、年周視差の段階でのわずかな較正のずれが、観測可能な宇宙の大きさにまで波及します — これこそまさに、梯子に基づく測定と初期宇宙に基づく測定とのH0の不一致、いわゆる「ハッブル・テンション」が、宇宙論において非常に重要な問題である理由です。

ろうそくは遠いほど暗く見え、見かけの明るさは距離の2乗に反比例して弱まります。だから天体が実際に放つ光の量がわかれば、それを見かけの明るさと比べるだけで、正確な距離が求められます。こうした天体を標準光源と呼びます。セファイドは脈動の速さから、Ia型超新星は光度曲線の形から、それぞれ本来の明るさが読み取れます。最初の段である年周視差は、これとは違って純粋な幾何学です。片目ずつで見ると親指が背景に対してずれる、あの原理と同じです。

セファイドは一定の明るさで輝いているのではなく、ゆっくりとした鼓動のように膨張と収縮を繰り返します。その原動力は、星の内部にある二階電離ヘリウムの層です。星が縮むとこの層は不透明になって熱を閉じ込め、圧力が高まって層を外へ押し出します。膨張して冷えるとヘリウムは再結合し、閉じ込められた光が逃げ、層は再び沈みます。この「エディントンの弁」が脈動の周期を決め、その周期こそが星本来の光度を教えてくれる——第2の段が成り立つ理由です。