天文学者は銀河を結ぶ「宇宙の網」の糸を発見したかもしれない

もし地球からずっとズームアウトして、太陽を通り過ぎ、銀河を通り過ぎ、天の川が属する局所的な銀河群を越えて、宇宙全体を眺めることができたとしたら…それは、非常に満足できない綿菓子のように見えるかもしれません。

銀河や星、さらには原子さえほとんど存在しない巨大な穴が見え、そのデッドスポットの間には長さや大きさの異なる無数の繊細な糸が見えるでしょう。天の川銀河、アンドロメダ銀河、そして私たちの裏庭にある銀河団全体は、この計り知れないほど広大な構造の中ではほんの数ピクセルに過ぎません。天文学者はこれを「宇宙のウェブ」と呼んでいます。

ウェブの存在を示す証拠のほとんどは、シミュレーションと推論から得られたものだ。しかし今、国際的な研究者グループが、宇宙空間で複数の銀河を繋ぐ「フィラメント」と呼ばれる 2 本のガスの糸を初めて直接捉えた。この地図は巨大なウェブのほんの一部をカバーしているだけだが、モデルが正しい軌道に乗っていること、そしてウェブが銀河の成長に大きな役割を果たしていることを裏付けるのに役立つ。

「宇宙の網は、重力によって物質が流れる一連の漏斗のような役割を果たしているため、その特性は銀河の形成に非常に重要な意味を持つ」と、この研究には関わっていないカブリ宇宙物理学研究所の宇宙学者キーガン・リー氏は言う。同氏は、銀河を結ぶフィラメントの初めての観測を「大事件」と呼んでいる。

ここ数十年、研究者たちは、宇宙の網は単なる受動的な銀河の集まりではないのではないかと考えるようになった。シミュレーションによれば、宇宙の膨張によって引き伸ばされ、同時に重力によって圧縮されているため、結合フィラメントは時間とともに薄くなる。さらに最近では、星形成銀河が、何かが邪魔をしているかのように、本来の明るさで輝いていないことにも天文学者は気付いている。この明らかな干渉は、宇宙の網が微量の水素ガスのネットワークとして存在していることを間接的に証明した。

これらの理論を総合すると、ガスが細くなるフィラメントに沿ってノード（異なるストランドが合流する交差点）に流れ込む宇宙が説明される。そこで水素が蓄積し、巨大銀河や超大質量ブラックホールの成長を促している。木曜日にサイエンス誌に発表された新しい地図は、そのようなノードの1つにある銀河間フィラメントを直接撮影した初めての画像である。

「この銀河間放射の検出をめぐっては、ここ数年、激しい競争が続いています」と、同様の観測に取り組んでいるドイツのポツダム大学の宇宙学者、ルッツ・ウィソツキ氏は言う。「誰もが、何かがそこに存在すると推測するだけでなく、実際に見たいのです。」

しかし、宇宙を一つにまとめている水素より脆弱なターゲットを想像するのは難しい。オリオン星雲のような写真映えする人気星雲は、すでに地球上で最高の真空実験室よりも空っぽだとウィソツキ氏は言う。そして、クモの巣の糸はさらに百万倍ほど細く、1リットルあたりにおそらく1個の原子しか含まれていないはずだ。我々の機器がそれらの原子を検出できるのは、通過する光線がたまたまそれらをちょうど良い方法で輝かせた場合のみなので、宇宙でその薄暗い糸を探すのは、夜に雲を探すようなものだ。

ほとんど目に見えないものを観察するため、研究チームは特定の非常に若い銀河団にズームインし、宇宙を深く覗き込んで、ビッグバンから数十億年後、星が猛烈な勢いで形成されていた時代である、いわゆる「宇宙正午」の間にその激しい領域から発せられた光を測定した。以前の調査からのヒントに従って、研究チームはチリにあるヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡を、小さな月のクレーターほどの大きさの空の一部に向けた。数夜にわたる30時間の観測の後、研究チームは、銀河から銀河へと伸びる2本のかすかな糸状の輪郭をたどるのに十分な光を集めた。糸状体の長さはそれぞれ300万光年以上で、天の川銀河全体の長さの30倍に相当した。

糸状のものが見えるのは、生まれたばかりの銀河が、通り過ぎる雲を照らす都市の輝きのように、かすかなガスを照らしていたからだと、論文の共著者で東京大学の天文学者、梅畑秀樹氏は言う。「私たちは比較的明るい部分を特定しました。幸運にも、宇宙の網を初めて見るのに非常に良い場所を見つけることができました」と梅畑氏は言う。

撮影に使用した機器の製作に協力した銀河系水素ハンター仲間のウィソツキ氏は、今回の研究はこれまでに検出された水素の最大の山として新記録を樹立したと語る。これまでの調査では、明るい銀河中心の周囲で水素が暗闇に流れていくのが見つかっていたが、銀河を結ぶ物質の糸が見つかったことはなかった。しかし、同氏は、宇宙の網の糸というのは解釈のひとつに過ぎないと付け加える。ガスを見るには照明が必要で、チームは明るい場所を見ているため、宇宙をつなぎとめる糸の1つを本当に突き止めたのかどうか、同氏は完全に確信が持てない。もしかしたら、彼らは単に一般的な宇宙の霧か、銀河系間の接触事故で飛び散った残骸を見つけただけなのかもしれない。「我々はガスを見ているのか、それともガスを照らすたいまつを見ているのか？」同氏は問う。

一方、梅畑氏は、このガスには銀河の残骸が混じっている可能性があり、ある種類のガスを別の種類のガスから分離するのは難しいと認めている。今後の観測でフィラメントの範囲が明らかになり、フィラメントがつながっている銀河に流れ込んでいるのが見つかるのではないかと期待している。

さらに探査を進めれば、ウェブは宇宙を最大から最小のスケールで精査するツールになるかもしれない。ウェブは銀河形成における継続的な役割に加え、ビッグバンの名残でもある。ウェブのそれぞれのフィラメントは、宇宙の最初の瞬間に起きた微視的な波紋が宇宙規模に引き伸ばされた結果である。ウェブのより徹底的な測定により、たとえば、宇宙が非常に小さく、熱く、若かったときに、重力が物質をどのように動かしていたかがわかるかもしれない。

しかしそれまでは、過ぎ去った時代からの巨大なフィラメントのこの新しい地図は、私たちが身近な環境をよりよく把握するのに役立ちます。私たちは、恒星を周回する惑星の上に座って、どこか別の場所につながる宇宙のガスの川によって養われた銀河の周りを回転しています。