[비즈한국] 数千年にわたって続いてきた天文学の歴史が私たちに残した教訓がある。それは、私たちは決して特別な存在ではないということだ。遠い過去、人類は長い間、自分たちが宇宙で特別な位置にいると考えてきた。私はこれを一種の「コズミック・ナルシシズム（宇宙的自己愛）」と呼んでいる。しかし、天文学的な発見はそうした人類の自尊心を無残に打ち砕き、私たちが何の変哲もない宇宙のどこかに置かれているという事実を突きつけた。
地球が宇宙の中心であることを望んだがそうではなく、ならば太陽が銀河系の中心にあってほしいと願ったがそれも違った。銀河系が宇宙で唯一の特別な世界ではないかと期待したが、それも違っていた。天文学は、私たちが宇宙で決して特別な位置にはいないという事実を強要しているように感じられる。現代天文学を支えるこの視点を「コペルニクス原理」と呼ぶ。地球が特別な存在ではないと最初に主張した人物、コペルニクスの名にちなんだものだ。
天文学者たちはこれまでの経験と歴史を通じて、コペルニクス原理こそが当然の宇宙の原則だと考えてきた。宇宙はどこから見ても、どの方向を向いても常に同じように見えるはずだと考えていたのだ。ところが最近、広大な宇宙の地図を描く多様な観測が行われる中で、もしかすると宇宙は誰に対しても公平ではないかもしれないという疑問が提起され始めた。コペルニクス原理に反するように見える巨大な非対称性と不均一さが宇宙で発見されたのである。
コペルニクス原理が正しいかどうかを、実際の観測を通じて立証または反証できるだろうか？この問いに答えるためには、やや曖昧に感じられるコペルニクス原理をもう少し体系的に細分化して考える必要がある。
天文学者たちはこの視点を大きく二つに分けて考える。第一に、宇宙は「均質」であること。観測者の位置に関係なく、どの地点から見ても宇宙は常に同じように見える。第二に、宇宙は「等方」であること。観測者が視点を回転させながら宇宙を見ても常に同じように見える。宇宙の均質性と等方性に基づき、天文学者たちは宇宙が誰にでも公平に姿を見せると考えている。だからこそ当然、私たちも宇宙で何の変哲もない位置に置かれていると考えたのだ。そもそも宇宙には、特別な意味を持つ場所など存在しないからだ。
実際に10年ほど前までに行われた多様な発見や観測は、コペルニクス原理を裏付けてきた。スローン・デジタル・スカイ・サーベイをはじめ、宇宙全域の数多くの銀河の立体的な地図を完成させた様々なプロジェクトの結果を見ると、宇宙はマクロなスケールで見れば概ね銀河が均一に分布しているように見える。ビッグバン直後に宇宙全域に広がった熱の痕跡を示す宇宙マイクロ波背景放射の観測も同様だ。高解像度で宇宙背景放射のわずかな温度差や揺らぎまで確認したが、宇宙はほぼすべての方向で似たパターンを示している。
ところが、ハッブルやジェイムズ・ウェッブといったより精密な宇宙望遠鏡や大型地上望遠鏡による観測で、それまで知られていなかった非対称な姿が明らかになり始めた。興味深いことに、天文学者たちは銀河系が宇宙平均に比べて銀河が極めて少ない巨大な「ボイド（空洞）」の近くにあるという事実を確認した。単に銀河系のすぐ隣に銀河が少し少ないという小規模なローカル・ボイドの話ではない。
2013年、ライアン・キーナン、エミー・バーガー、レノックス・カウイの3人の天文学者は、周囲の物質の密度が宇宙の平均よりも低い、非常に巨大なボイドに銀河系が位置しているという事実を発見した。この巨大なボイドは規模がなんと20億光年にも達し、この構造を発見した3人の頭文字を取って「KBCボイド」または「ローカル・ホール」と呼ぶ。文字通り、宇宙に直径20億光年の巨大な穴が開いているように感じられることからついた名前だ。
銀河系がたまたま巨大な空虚な領域にあるという事実は、銀河の動きを通じて宇宙膨張率を導き出そうとする際に重要な問題となる。銀河の動きは、単にその銀河が埋め込まれている時空の膨張効果だけでなく、隣接する銀河同士が引き合う重力の影響も混ざっているからだ。もし銀河系が宇宙平均に比べて物質が少ない巨大なボイドにあるなら、密度が高いボイドの外側へと銀河が速く引き寄せられる様子が、我々には宇宙がより速く膨張しているように見える可能性がある。もし宇宙がただ公平な世界ではなく、私たちがかなり独特な視点から宇宙を見ているのなら、これまで私たちが目にしてきた宇宙の姿は、宇宙全体の姿を完全に代表しているとは言えない。
このような巨大ボイド以外にも、銀河が数億光年スケールで長く連なるフィラメントや群集の姿も発見されている。最も最近では、銀河がなんと13億光年スケールで長く丸く連なった非常に巨大な超構造が発見された。この構造を構成する銀河の総質量だけでも太陽質量の200京倍に達する。独立した異なる超銀河団が少なくとも5つ集まって、巨大な超構造を成している。銀河系が属する超銀河団としてよく知られるラニアケアよりも2倍以上重く、大きさも3倍以上長い。
これは現在までに宇宙の地図を描く過程で発見された超構造の中で最も巨大なもので、私たちが見ることのできる観測可能な宇宙の全体体積の13%を占め、質量は宇宙全体の物質の25%を含んでいる。体積に比べて質量の比率が高い事実からもわかるように、この巨大な超構造は宇宙全体の平均に比べて物質が非常に高い密度で集まっている。
天文学者たちはこの巨大な超構造に「キープ（Khipu）」という面白い名前を付けた。キープとはインカ文明で、ロープの結び目で数字を記録していたものを指す。今回発見された銀河の超構造も、インカ文明のキープと似たように銀河が紐のように長く繋がっている。巨大な宇宙大規模構造のフィラメントに沿って銀河が続いている姿が、まるでロープに沿って結び目がいくつも連なっているように見えることから付けられた名前だ。
数億光年を超える巨大な規模で銀河が宇宙平均よりも低い密度で分布するボイド、あるいは高い密度で集まっている巨大な超構造の存在は、既存の標準モデルだけでは容易に説明できない。どれほどダークマターやダークエネルギーを導入しても、結局、宇宙の膨張と銀河の誕生は宇宙全域にわたって一様に起こらなければならないからだ。なぜ宇宙の特定の地域に、特に銀河の数が多いのか、あるいは少ないのかについては、まだ納得のいく答えを見つけられていない。
宇宙が均質で等方的な世界ではないかもしれないという疑念は、現代天文学と宇宙論において大きく二つの問題で代表される。第一は「ハッブル・テンション」で、どの方法に基づいて宇宙の膨張率を推定したかによって結果が異なるという問題を指す。一般的に、宇宙背景放射で推定したものに比べて、銀河の動きで推定した宇宙の膨張の方が速く測定される。一部の天文学者は、その原因が私たちが周辺の銀河密度が低いボイド領域に住んでいるからだと主張する。
第二に、実際の宇宙に存在する銀河の密度分布の差が、宇宙背景放射から確認される初期宇宙での密度差で推定した結果と食い違う問題がある。これを天文学で銀河の分布密度を計算する際に使用するパラメータS8を活用して、「S8テンション」とも呼ぶ。
ハッブル・テンションとS8テンションは、単なる測定誤差の問題ではない。宇宙はどこでも、どこを見ても常に同じ姿に見えるはずだという仮定に基づいた計算結果が、宇宙の実際の姿を十分に反映できていないという非常に衝撃的な不一致である。私たちの考えとは裏腹に、宇宙はマクロな観点で見てもそれほど均一な世界ではないかもしれず、私たちがまだ理解していない新しい物理法則を適用すべき時点に達しているのかもしれない。
宇宙がただ均質で等方的ではないかもしれないという懸念が最近より問題視される理由は、前例のないほど非常に高い精度で宇宙を観測し研究できる時代になったからだ。物質がより高い密度で集まった領域は時空をより大きく歪め、その向こう側の光が屈折して曲がって見える。時空が歪んでいる程度によって、時間が流れる速度も変わる。以前は、そもそも私たちが観測で確認できる宇宙の姿があまりにも粗く不正確だったため、時空の歪みや曲がった光によって生じる違いをわざわざ気にする必要がなかった。
しかし今では、そうした微細な違いまでも気にしなければならないほど宇宙を精密に見るようになったため、現代宇宙論の致命的な問題となったのである。つまり、天文学が新しい精密科学領域へと参入する過渡期にあるため、難題が次々と溢れ出していると見ることができる。
本当にコペルニクス原理は宇宙のどこでも同じように適用されるのだろうか？この答えを最も確実に確認するには、私たちが地球を離れて他の場所から四方を見渡し、宇宙を観測しなければならない。しかし、私たちは「地球」という監獄から出ることはできない。他の場所に住む存在が私たちと同じ宇宙を見ているのか、それとも私たちとは少し違う宇宙を見ているのかはわからない。
もしコペルニクス原理が宇宙全体には適用されないとしたらどうだろうか？この宇宙には私たちのように宇宙を不思議に思い、積極的に宇宙を見つめて研究する文明が多く存在するはずで、その文明の数だけ多様な天文学理論や宇宙論があるかもしれない。宇宙のどこに住んでいるかによって、互いに異なる天文学理論で宇宙を理解し見つめているのではないだろうか。表面的にはコペルニクス原理は私たちが決して特別ではないという事実を物語っているように見えるが、宇宙が誰に対しても公平に見えるはずだという願い自体が、もしかすると最も人間的な錯覚であり期待だったのかもしれない。
参考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250119236B/abstract
筆者ジ・ウンベは？猫と宇宙を愛する。幼い頃に『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えたいという夢を持つようになった。現在、延世大学銀河進化センター及び近宇宙論研究室で銀河の相互作用を通じた進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サムタヌン（駆け引きする）天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。