ビッグバンセオリー物語：第２話 宇宙は膨張している――遠ざかる銀河

夜空に浮かぶ銀河は、私たちから遠ざかっている。そう聞くと、巨大な銀河が宇宙空間を猛烈な速度で飛び去っている姿を想像するかもしれません。
ところが、宇宙の膨張は、それとは少し違います。銀河が走っているというより、銀河と銀河の間にある空間そのものが広がっているのです。では、そんな不思議な現象を、科学者たちはどうやって知ったのでしょうか。その答えの鍵になったのが、遠い銀河から届く「光」でした。

20世紀の初めまで、多くの天文学者にとって宇宙は、ほぼ静止した巨大な舞台でした。星や銀河はその舞台の上に並んでいて、宇宙そのものは変わらない。少なくとも、そう考えるのが自然だったのです。

ところが、遠い天体から届く光を詳しく調べると、奇妙なことが分かってきました。光には「色」があります。そして、その色は、光を発した物体が私たちに近づいているか、遠ざかっているかによって少し変化します。

音で考えると分かりやすいでしょう。救急車が近づいてくると、サイレンの音は高く聞こえます。そして通り過ぎて遠ざかると、音は低くなります。
光にも、これと似た現象があります。遠ざかる天体から届く光は、波長が長くなって、スペクトルの赤い側へずれます。これが赤方偏移です。

1920年代、エドウィン・ハッブルらの観測によって、遠い銀河ほど大きな赤方偏移を示すことが明らかになっていきました。つまり、遠い銀河ほど、より大きな割合で遠ざかっているように見えたのです。

ここで、宇宙は突然、大きく姿を変えます。もし銀河が本当にそれぞれ勝手な方向へ飛び去っているだけなら、もっと複雑な動きになるはずです。
しかし観測されたのは、もっと単純な関係でした。遠い銀河ほど、速く遠ざかっている。これは「ハッブルの法則」として知られる関係です。

そして、この事実から科学者たちは、驚くべきことを考え始めます。もし今、銀河同士の距離が広がっているのなら、時間を逆向きにたどればどうなるのだろう。銀河同士は、少しずつ近づいていくはずです。
さらに過去へ。さらに過去へ。そうしていくと、宇宙全体は今よりずっと小さく、密度の高い状態へ近づいていきます。これが、前回の「ビッグバン」という考えにつながっていきました。

ただし、ここで大切なのは、宇宙の膨張を「銀河が中心から逃げている」と考えないことです。宇宙には、風船の表面に描かれた点のように、あらかじめ決められた中心があるわけではありません。風船をふくらませると、表面上のすべての点から見て、ほかの点が遠ざかっていきます。宇宙の膨張も、そのイメージに少し似ています。

しかも、宇宙の膨張にはさらに奇妙な性質があります。銀河そのものが膨らんでいるわけではありません。太陽系も、地球も、人間の体も、宇宙膨張によって一緒に引き伸ばされているわけではありません。

重力などによって強く結びついた局所的な構造は、その結びつきを保つことができます。広がっているのは、主として銀河と銀河のあいだの非常に大きなスケールです。

そして現在では、宇宙の膨張そのものだけでなく、その膨張速度が時間とともに変化してきたことも分かっています。初期の宇宙では重力が膨張を遅らせていたと考えられています。

ところが宇宙は、その後、膨張を加速させるような振る舞いを見せ始めました。そこで登場したのが、まだ正体の分からない存在、「暗黒エネルギー」です。宇宙は広がっています。しかも、その広がり方を調べると、私たちはさらに大きな謎にぶつかります。宇宙を押し広げているものの正体が、まだ分からないのです。

次回は、宇宙に残された最古の光を見に行きます。
それは、約138億年という時間を越えて、今も私たちのところへ届いている光です。宇宙は、自分が若かったころの姿を、今も私たちに見せてくれているのです。

次回予告

第3話　宇宙背景放射――138億年前から届いた光

夜空を見上げても、私たちの目には宇宙の始まりを見ることはできません。
ところが、宇宙には「昔の姿」を残した光があります。それは、宇宙がまだ生まれて間もないころに放たれ、長い長い旅をして、今も地球へ届いているのです。しかも、その光には、宇宙の未来を決めるかもしれない小さな「むら」まで刻まれています。
次回は、宇宙の赤ちゃん時代を写した「宇宙背景放射」を見に行きます。

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