[비즈한국] 1950年12月31日、ワシントン・ポスト紙の隅に目を引く記事が掲載された。記事のタイトルはこうだった。「若いママが宇宙の深淵を発見！」。この「若いママ」とは、当時博士課程の学生だった天文学者ベラ・ルービンを指す。ルービンは当時、第一子を出産したばかりだった。彼女は父親、夫と共に生まれたばかりの赤ん坊を抱え、猛吹雪の中をかき分けて天文学会に出席した。その席でルービンは、自身が最も恥ずかしい瞬間として記憶する「黒歴史」を残すことになる。
当時、ルービンは北半球の空に分布する外部銀河108個の動きを分析した。そこで彼女は、銀河の動き全体がある一定の方向に偏っているようなパターンを発見した。これを根拠に、宇宙全体が特定の軸を中心に回転している可能性を提示した。ルービンは当時の発表で「宇宙の回転（Rotation of the Universe）」という、非常に壮大で大胆なタイトルを掲げた。研究を始めたばかりの大学院生とは到底思えない、破格の主張とタイトルだった。
ルービンの主張は、宇宙が特定の方向性を持たず均一で等方（どの方向を見ても同じ）であるという核心的な仮定を真っ向から否定するものだった。当然、天文学者たちの反応は冷ややかだった。子供を産んだばかりの若く向こう見ずな女性が、あろうことか「宇宙全体が回転している」という主張を展開したのだ。この衝撃的で恥ずかしい出来事は、前述の滑稽なタイトルで記事にまでなった。その後、時間が経つにつれ、彼女の発見は限られたデータによって生じた一種の統計的バイアス、つまり誤差であったことが明らかになった。宇宙は特別な方向性を持たず均一であるとする「宇宙論原理」は、長い間、自明の事実として受け入れられてきた。
ところが、半世紀前に登場しては消えたルービンの「黒歴史」的観測を彷彿とさせる、衝撃的な発見が最近提示された。新しい研究を見ると、本当に宇宙が何か特定の方向に回転しているように見えるのだ。しかも今回の研究は、より膨大なジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測データを利用している。実に困惑させられる話だ。今回の論文の著者であるリオール・シャミールは、この発見が、長年興味深い仮説として扱われてきた「ブラックホール宇宙論（私たちの宇宙は一つの巨大なブラックホールの中に閉じ込められているという仮説）」の最も直接的な証拠になり得るとさえ主張している。果たして今回の発見は事実なのだろうか？ 私たちは本当に巨大なブラックホールの中に閉じ込められているのだろうか？
私たちの銀河や隣のアンドロメダ銀河をはじめ、宇宙の銀河の大部分は明確な円盤と渦巻き腕（スパイラルアーム）構造を見せる。こうした銀河を「渦巻銀河」と呼ぶ。渦巻銀河はすべて一定の方向に回転する。巻き付いた渦巻き腕の形状から、銀河の回転方向を容易に把握できる。私を含む天文学者が特に渦巻銀河に関心を持つ理由は、単に見た目が美しいからだけではない（もちろん、それも大きな理由の一つだが）。
渦巻銀河の回転は、銀河全体を包むダークマター（暗黒物質）ハローの支配を受ける。銀河の回転方向は、遥か昔に銀河が形成された当時の周囲の巨大構造環境と、ダークマターの方向性をそのまま反映している。膨大なデータをもとに複数の渦巻銀河の回転を体系的に研究すれば、宇宙全域にわたってダークマターがどのように分布し、どの方向に流れているのか、まるで気流を天気図に表現するように、宇宙の中のダークマターの流れを把握することができる。
シャミール博士は最近、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が観測した「JADES（JWST Advanced Deep Extragalactic Survey）」の画像を分析し、大規模な渦巻銀河の調査を行った。特にその中から、渦巻き腕の構造が明瞭で、回転方向を容易に特定できる263個を選別した。
宇宙が特定の方向性を持たずランダムに存在するという従来の観点に従えば、これらの渦巻銀河の回転方向もランダムであるはずだ。時計回りに回転する銀河と、反時計回りに回転する銀河が50対50で分布しなければならない。ところが、今回の論文の結果は衝撃的だ。観測可能な263個の銀河のうち、なんと3分の2が時計回りに回転しているのだ。反時計回りに回転する銀河は3分の1に過ぎない。これはあまりにも極端な不均衡だ。宇宙に存在する銀河の半分以上、約66％に達する銀河がある一方向だけに回転しているということは、最終的に宇宙全体の銀河を平均すると、宇宙自体もまた特定の方向性を持って回転しているという結論を指し示しているからだ。
実は、このような銀河回転の非対称性の問題は、以前の別の研究でも提起されたことがある。天文学者たちはスローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）を通じて観測した数百万個の銀河画像を形状に基づいて分類した。当時は人工知能の画像分類能力が不足していたため、世界中の天文学ファンの協力を仰いだ。その結果、1年で数百万個の分類が終わった。ところが、ここで興味深い事実が判明した。反時計回りに回転する渦巻き腕を持つ銀河が、わずかに多かったのだ。
この偏りが事実かどうかを検証するため、天文学者たちは面白いテストを行った。同じ銀河画像を鏡のように反転させて、再度人々に投票させた。もし本当に宇宙に反時計回りの渦巻銀河が多いのなら、銀河画像をすべて反転させて再投票すれば、逆に時計回りの銀河が多いという結果になるはずだ。結果はどうだったか？ 興味深いことに、依然として反時計回りに回転する銀河の割合がわずかに高く出た。これは、人々が同じ銀河画像を見ても、反時計回りに巻いていると認識する割合が少し高いことを意味する。当時の「ギャラクシー・ズー」データに基づく研究は、結局「実際の宇宙が非対称なのではなく、銀河の腕の方向を見る人々の認識が少し偏っていただけ」という結果を示し、小さなハプニングとして幕を閉じた。
しかし今回の結果は違う。渦巻銀河の回転方向を単なる目視で分類したわけではないからだ。星とガスが高密度に集まっている銀河の渦巻き腕は、腕と腕の間の領域に比べて画素が明るい。これを活用して、すべての銀河に対して自動的に渦巻き腕を認識し、それぞれの回転方向を把握した。そうして分析した結果、興味深いことに「全体の3分の2が時計回りに回転している」という困惑すべき結果が出たのだ。これは理解しがたい。宇宙がこのような非対称性を示す理由はどこにもないからだ。では、この結果をどう受け止めるべきだろうか？
まず最も有力な可能性は、今回の分析に使用したデータ自体が偏っているという点だ。263個という銀河数は一見多く見えるが、最近の膨大な統計的研究に比べれば非常に少ない。もちろん、今回の研究にはジェームズ・ウェッブの超高解像度画像のみを使用したという特異性はある。だが、宇宙全体の方向性を代表するにはあまりにも貧弱だ。さらに今回の研究では、ジェームズ・ウェッブが特定の方向を観測したJADESデータのみを活用した。宇宙全域の様々な方向に分布するすべての銀河を対象にした研究ではなく、最初から似た方向に集まっている銀河だけを分析したという点は致命的である。
実際、宇宙が均一で等方だと語る際、この「宇宙論原理」は非常に巨視的なスケールについての話である。私たちにとっては銀河団といえば巨大に感じられるが、宇宙論原理が言う宇宙の規模に比べれば極めて小さな構造だ。一つの銀河団の内部では、そこに住む銀河たちが十分に特定の方向性を共有し得る。実際、2021年の『ネイチャー・アストロノミー』には、クモの巣のように絡み合う宇宙の大規模構造のフィラメントも一方向に回転しているという事実を示す結果が発表された。
当時、天文学者たちはスローン・デジタル・スカイ・サーベイのデータを使用し、計1万7181個のフィラメントに属する21万3625個の銀河を対象に膨大な統計分析を行った。今回のジェームズ・ウェッブ研究で使われた263個とは比べものにならない数だ。フィラメントを簡単に言えば、長い円柱状に銀河が連なった構造と見なせる。もしこのフィラメントが長い軸を中心に回転しているなら、フィラメントに属する銀河の半分は私たちに向かって近づき、残りの半分は遠ざかっているように見えるはずだ。天文学者たちが調べた結果、驚くべきことに各フィラメントにおいて銀河の半分が遠ざかり、残り半分が近づくという動きを見せた。回転していないフィラメントを仮定しては到底説明できないほど、その差は非常に明確だった。しかも、フィラメントの端に重い銀河団が存在するほど、回転が強く現れた。
これは、フィラメント全体がその周囲の重力場によって回転していることを示している。宇宙の大規模構造が形成される時、物質が単に流れ込むだけでなく、太古にわずかに持っていた角運動量も一緒に保存され、それが累積された結果、現在より鮮明に回転するフィラメントになったと考えられる。
2021年に発表されたこの発見は、結局「宇宙大規模構造の一角を眺めれば、周辺の銀河が特定の方向を持って一斉に回転しているように見える可能性がある」ということを意味する。結論として、宇宙全体が本当に一貫した回転成分を持っているかを議論するには、たかだか一つの銀河団や一、二個のフィラメントを見ただけでは判断できない。北半球、南半球全域に分布する数百万、数千万個の銀河をすべて集めて分析してこそ、公平な議論が可能となる。
今回の研究で著者は、遠方の銀河でも渦巻き腕を明瞭に判別するためにジェームズ・ウェッブの高解像度画像データを使用した。しかしジェームズ・ウェッブは一度に見られる視野が非常に狭く、そもそも他のサーベイ観測のように空全体を素早く調べることを目的とした望遠鏡ではない。結局、どうしても特定の狭い、同じ視野内に入る銀河しか分析できず、これによってその一帯の銀河が一方に偏った方向性を持つように見える余地が十分に存在する。
それでも著者は、ここから一歩進んで破格の主張をする。宇宙が本当に全体として一方向に回転しているのなら、私たちの宇宙が巨大なブラックホールの中に閉じ込められた世界であることを示唆しているというのだ。
ブラックホール宇宙論は、スティーヴン・ホーキングが若かりし頃にブラックホールの特異点について研究していた時から議論が始まった。物理学的に見た場合、ブラックホールの特異点と太古のビッグバンの特異点に違いはない。どちらも莫大な質量が一箇所に集まった、密度が無限で体積がゼロの状態だからだ。結局、両者を区別できないのであれば、私たちの宇宙も非常に巨大なブラックホールの特異点から誕生した世界だと考えられる。実際、宇宙のブラックホールも絶えず物質を飲み込んで巨大化しており、私たちの宇宙も絶えず膨張している。
また、ブラックホールには内部で何が起きているのか知り得ない「事象の地平線」という限界が存在する。これは、私たちが光を通じて認識できる宇宙の境界、すなわち観測可能な宇宙の地平線と類似して感じられる。さらに、最近一部の天文学者は、宇宙の膨張を加速させるダークエネルギーが、宇宙各地の銀河中心に住む超大質量ブラックホールに関連している可能性まで主張しており、宇宙全体とブラックホール間に何らかの繋がりがあるのではないかと疑いたくなる。
宇宙で発見されるすべてのブラックホールは、一方向に速く回転している。ゆっくり回転しながら巨大に広がっていた星とガスの雲が瞬時に小さな点へと崩壊・収縮して作られたブラックホールは、その過程で角運動量を維持するために非常に速いスピンを得ることになる。「シュヴァルツシルト宇宙論」とも呼ばれるブラックホール宇宙論が言うように、もし私たちの宇宙も巨大なブラックホールの中に閉じ込められた世界なら、私たちの宇宙を抱くブラックホールもまた速く回転しているはずであり、結局私たちは宇宙全体が一方向に回転しているような姿を見ることになる。論文の著者はこのような状況的可能性に言及し、今回の発見がブラックホール宇宙論を暗示していると主張する。
著者が今回の論文で言及したブラックホール宇宙論という概念が非常に破格であるため、そこにばかり世間の注目が集まっているが、実は今回の研究に使用された観測データにはもっと重要な意味がある。
ここ数年の間に、天文学者たちは宇宙で数十億光年に及ぶ巨大構造を新しく発見した。宇宙の果てにクエーサーが長く連なった原始フィラメント、さらには観測可能な宇宙の半分に近い規模で銀河が長く連なった超巨大構造まで。こうした構造は、宇宙が巨視的なスケールでは均一であると考えた既存の宇宙論原理に逆らうように見える。このような超巨大構造は、既存の標準宇宙論モデルを適用したシミュレーションでは再現できない。これを解決するために、天文学者たちは「宇宙が太古から一方向に偏ったまま始まったのではないか」という可能性まで検討している。したがって、今回の論文の主張は、こうした宇宙の不均一性、異方性に対する疑念の延長線上で見る方が合理的である。
もし本当に宇宙全体が一方向に回転し、角運動量を持っていることが事実として確認されたなら、ベラ・ルービンが自身の黒歴史と回顧した瞬間は、歴史上初めて宇宙の回転という真理を語った、時代を先取りした発見の瞬間として再評価されるかもしれない。長い間アインシュタインの黒歴史と評されていた宇宙定数（ラムダ）が、結局ダークエネルギーの発見によって時代を先取りした洞察として再評価されたように。
「特別な主張には、特別な証拠が必要だ」。カール・セーガンが残したこの言葉の意味を、今一度噛みしめてみたい。
参考
https://www.k-state.edu/news/articles/2025/03/lior-shamir-james-webb-space-telescope-spinning-galaxies.html
https://academic.oup.com/mnras/article/538/1/76/8019798?login=false
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01380-6
筆者チ・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、延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で銀河の相互作用による進化を研究しており、講演や執筆など様々なサイエンスコミュニケーション活動を行っている。『サムに乗る天文学台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。