集団を銀河と呼ぶようになりました アンドロメダ銀河までの距離は、どのくらいでしたか ハップルの測定結果は、「約 90 万光年離れている」というものでした 天の川銀河の直径は 10 万光年ほどと考えられていましたので、天の川 銀河の中、ということはありえなくなったのです。 現在では、アンドロメダ銀河までの距離は、約 250 万光年と測定さ れています。距離の値こそ異なったものになっていますが、そのこと は、ハップルの偉大さにいささかも影響しません。なぜなら、私たち の天の川銀河だけが唯一特別なものではなく、宇宙において 1 つの銀 河にすぎないことを証明したからです。 約 400 年前に確立した地動説は、それまでの宇宙観を 180 度 変えましたが、ハップルの発見も地動説の確立に匹敵する宇宙観の変 化をもたらしました。地球は宇宙の中心ではなく、太陽も宇宙の中心 ではなく、さらに天の川銀河もまた宇宙の中心ではなかったのです。 ハップル宇宙望遠鏡がとらえたアンドロメダ銀河 (NASA)

第 1 章宇宙はどのように始まったのか ? 。◎人類の宇宙観を大きく変えた◎ アンドロメダ銀河◎ 宇宙からの光を逆にたどる旅 ( 3 ) 20 世紀の初めまでに、世界中の天文学者は大きな望遠鏡でいくつも の渦巻き状の星雲を発見していました。しかし、もやっとした雲のよ うな星雲の正体はナゾで、それが私たちの天の川銀河、つまり銀河系 の中にある天体なのか、それとも私たちの銀河系以外の天体なのか、 天文学界では大論争が巻き起こっていました。 この宇宙には私たちの天の川銀河だけが存在するのか、それともほ かに同じような銀河がたくさん存在するのか、という大きな問題だっ たのです。 この論争に決着をつけたのは、アメリカの天文学者工ドウイン・ハ ップルでした。ハップルは、カリフォルニアのウイルソン山天文台の、 当時としては最大クラスの望遠鏡をアンドロメダ星雲に向けました そして星雲内の特別な性質を持っ星 ( 変光星 ) をくわしく調べ、それ によって、地球からの距離を求めました。ある種類の変光星には、ゆ っくりと変光するものほど本当の明るさが明るいという、性質があり ます。そこで、変光の周期と見かけの明るさを比較することで、距離 を求めたのでした。 その結果、天の川銀河の差し渡しの距離より、アンドロメダ星雲ま での距離のほうが大きいことがわかったのです。 1922 年から 1923 年に かけてのことです。これは、アンドロメダ星雲が天の川銀河の外にあ ることの証拠です。天の川銀河は宇宙の唯一無二の存在ではなく、同 じような星の集団が、他にもあったのです。そこで、このような星の 3 16

第 3 章宇宙の運命はどうなるのか ? 0 。それは大惨事か、天体シ一か ' ン 天の川銀河とアンドロメダ銀河が衝突 ! 暗黒エネルギーによって宇宙の膨張が加速し、銀河も星も引き裂か れ、やがて宇宙は空つばになってしまうという予言「ビッグ・リップ」。 それが本当かどうかは、「 SuMIRe 」計画などの宇宙観測の実験、あ るいは第 2 のアインシュタインが登場し、暗黒エネルギーを説き明か す理論を作り上げたときに分かるのかもしれません。 しかしその前に、私たちが住む天の川銀河で、一大イベントが繰り 広げられるでしよう。それはお隣のアンドロメダ銀河との衝突です。 私たちの天の川銀河とアンドロメダ銀河は、不少速 120 キロメー トルの速度で近づいていることが分かっています。銀河 と銀河は宇宙の膨張にともなって遠ざかっているのですが、アンドロ メダ銀河と天の川銀河は比較的近い距離にあるので、宇宙の膨張より 重力で引き合う力が効いて、接近しているのです。数十億年後に衝突 するという計算もあります。 衝突すれば大惨事ですか。 そうはならないはずです。その理由は、銀河は星がぎっしりと詰ま っているようで、案タトスカスカだからです。たとえば太陽の直 径は約 140 万キロメートル、光で 5 秒弱ほどの距離です。この太陽にい ちばん近い恒星までの距離は 4.4 光年。仮に 5 光年とすると、その距離 は 47 兆 3000 億キロ。直径の 300 万倍のところに、やっとお隣の星があ ることになります。恒星を直径 10 センチのリンゴとすると、お隣まで 126

結局、最終的には、アインシュタインはフリードマンの式の正しさ を認めることになります。しかしそのことと、正しく宇宙を記述する のは「静的な宇宙」か「膨張・収縮する宇宙」のどちらであるかは、 別です。観測によって決着をつけなければなりません。アインシュタ インはあくまでも、静的な宇宙を信じていました。 この言侖争に夬着をつけたのは、先ほど登場したエドウイン・ ハップルです。ハップルはアンドロメダ銀河がわれわれの銀河の外に あることを確かめた後、先に述べた、渦巻き星雲が高速で遠ざかって いる謎に挑戦しました。アンドロメダ銀河が独立した銀河とわかった のですから、渦巻き星雲は、とても遠方にある銀河と考えることがで きます。そこで銀河までの距離を、アンドロメダ銀河の場合と同様に 変光星を用いて求めてみたのです。そして、色の変化から得られる遠 ざかる速度と比較してみました。その結果、驚くべきことに、距離と 遠ざかる速度が比例していることがわかったのです。 現在では、この比例関係をハップルの法則と呼んでいます。距離と 速度が比例することこそが、宇宙が膨張していることを証明するもの でした。宇宙が膨張するというのは、宇宙のすべての点が等倍されて ということです。ある時間が経って、すべての距離が 2 倍にな いく、 ったと仮定してみましよう。すべてが 2 倍になるのですから、それま での距離と同じだけ遠ざかったことになります。距離が大きければ大 きいほど、この時間で遠ざかる距離も大きくなるわけです。時間あた りに遠ざかる距離が速度ですから、遠ざかる速度は距離に比例するの です。宇宙は膨張していたのです。 観測によって「膨張する宇宙」が証明されたのですから、アインシ ュタインは自身の提唱する静的な宇宙が誤りであることを認めないわ けにはいきません。宇宙項を入れて、無理に宇宙を静止させたことを 「生 ) 厓最大の言呉り」と悔いたと伝えられています。 25

ひとつひとつの星はとても暗く こまで離れると、肉眼では、 ます。 中心部は無数の星が密集してい て数えることはできません。しかし、 るので白く雲のように輝いています。 これが天の川ですね。そこで、 天の川の全体の明るさを測り、星 1 個の明るさを推定して割り出すの です。 いまこの瞬間、天の川銀河の中心から地球をながめたら ? 2 万 5 千年前の地球が見えることになります。地球は氷河期で、べー リング海峡は凍り、ユーラシア大陸とアメリカ大陸は地続きになって いて、人類がアメリカ大陸へと渡っていく様子が見えるでしよう。 では、さらに遠方、約 250 万光年離れた宇宙へと足を伸ばしてみま しよう。そこに見えるのは、私たちの天の川銀河のお隣り、アンドロ メダ銀河です。じつはこのアンドロメダ銀河の正体が 20 世紀前半に明 らかになったことで、人類の宇宙観が大きく変わることになりました。 0 フ。しアデ、ス星 15

第 1 章宇宙はどのように始まったのか ? ・◎その先は宇宙の「暗黒時代」◎ はるか宇宙の彼方からやってくる光を逆にたどる旅も、銀河の世 界へと至りました。アンドロメダ銀河まで 250 万光年、その先も、お よそ 300 万光年程度の間隔で銀河が点在しています。しかし、銀河が 大集団で群がっている場所もあります。例えば、 3 億光年かなたに は、 14 個以上もの銀河が存在するかみのけ座銀河団があります。 銀河が密集している銀河団はひじように重力が強く、暗黒物質と呼ば れるナゾの物質が大量に存在していると考えられています。 暗黒物質は、宇宙を重力的に支配している物質で、銀河や銀河団、 さらにはそれらが連なった宇宙の大規模構造の成り立ちを決定してい ます。おなじみの元素ではない、光などの電磁波にもまったく反応し ない謎の物質です。 この宇宙全体の成り立ちに関わる暗黒物質のナゾを解き明かすた めに欠かせないのが、宇宙全体の地図づくりです。図 1 は、 IPMU の研究者を含む、アメリカ、日本、ヨーロッパの研究チーム が、何十億光年も離れたところにある 100 万個くらいの銀河までの距 離 ( 実際は赤方偏位 ) を調べ、地図にしたものの一部です。よく見る と、銀河の分布に濃淡があり、淡いところは銀河が少なくボイドと呼 ばれています。濃いところが銀河のネットワーク構造で、ネットワー クの結び目には銀河団が存在しています。 太陽系の誕生が 46 億年前と考えられているので、この宇宙の地図の ちょうどよい距離になる銀河から地球を見ることができたら、まさに 地球誕生のようすを見ることができるかもしれません。 宇宙からの光を逆にたどる旅 ( 4 ) 2 5 18

索引リスト [A] AGN 88 [C] COBE 32 , 33 , 54 , 50 , 177 CP 対象性の破れ 46 , 142 [L] LHC 138 , 163 [E] E=mc2 43 [ D] D ブレイン 168 X 線衛星 122 [X] XMASS 68 , 70 , 123 , 187 [W] WMAP 50 , 79 , 177 [V] V838 70 [T] TAMA300 75 [S] SuMlRe 116 , 120 , 121 , 126 196 暗黒時代 18 19 , 74 , 83 , 84 , 85 , 182 116 117 , 120 , 126 , 175 , 182 , 183 77 , 78 84 95 96 , 97 98 , 99 , 112 , 114 , 115 , 暗黒エネ丿レギー 53 , 62 , 65 , 64 , 76 , 88 , 126 天の川銀河 14 , 15 , 16 , 17 , 21 , 28 , 58 , 145 , 148 アップクオーク 140 , 141 , 142 , 144 , 114 115 , 116 , 117 119 , 126 , 160 , 186 , 187 42 43 , 100 , 101 102 , 103 , 104 , 110 , 113 , [ あ ] アインシュタイン 21 , 22 , 23 , 24 , 36 , 暗黒物質 18 , 35 , 45 , 55 , 58 , 60 , 61 , 62 , 64 66 , 68 , 70 , 74 , 76 , 77 , 78 , 79 , 83 84 , 99 , 100 , 116 , 117 , 118 , 120 , 121 , 122 , 124 , 127 175 , 176 , 182 , 184 , 189 アンドロメダ銀河 15 16 , 17 , 18 , 21 , 23 126 異次元世界 164 I A 型超新星 108 一般相対性理論 21 , 22 , 24 , 36 , 100 , 105 , 104 , 110 , 113 , 114 , 119 , 152 , 153 160 , 166 , 186 , 187 インフレーション 38 , 40 , 41 42 44 , 45 , 52 , 78 110 , 111 112 , 115 , 176 177 , 178 , 182 ウイ丿レソン ( ロバート・ウイルソン ) 28 , 29 , 31 32 ヴェネチアノ ( ガブリエル・ヴェネチアノ ) 166 宇宙工頁 22 , 104 , 105 , 110 , 113 , 114 , 115 宇宙土也図 60 , 61 , 62 , 68 , 70 , 120 宇宙の大規模構造 18 , 54 , 35 , 50 , 60 , 80 , 116 宇宙の晴れ上がり 53 , 74 , 79 , 82 宇宙の万里の長城 60 , 62 , 70 宇宙マイクロ波背景放射 32 , 54 , 40 , 50 , 51 71 74 , 76 78 79 80 , 82 , 177 ウロポロスの蛇 34 , 35 工ディントン ( アーサー・エディントン ) 103 オイラー ( レオンハルト・オイラー ) 166 オールト雲 13

ます。 現代宇宙論は、宇宙が膨張していること、そして、ビッグバンによ って誕生したということの二つの観測事実によって支えられていま す。この二つの「仮言兇」カゞ「事実」として認められるまでに は、相対性理論で世界中に知られた天才科学者アインシュタインをは じめとする、数多くの天文学者、物理学者をめぐるドラマがあります。 では超スヒ。ードでご説明しましよう。 たのですか ? アインシュタインは知っていますが、いったいどんなドラマがあっ 適用してみました のです。理論の完成後、アインシュタインはこの一般相対論を宇宙に れは、万有引力の法則で有名なニュートンの重力理論を発展させたも は、 1915 年にアインシュタインが完成させた一般相対性理論です。 望遠鏡による観測が進む一方、理論も進みます。原動力になったの 初、なぜ、ほとんどの星雲が高速で遠ざかっているのかは謎でした くなるのと同様に、光源が遠ざかると、赤くなる現象を言います。当 す。光のドップラー効果とは、音の場合に音源が遠ざかると音程が低 て、これらの星雲が高速で私たちから遠ざかっていることを意味しま ることがわかったのです。このことは、光のドップラー効果によっ ことです。渦巻き状の星雲の大部分が、その色を赤く変えてい 1910 年代中頃の さらに、もうーっ、大発見がありました。 も大きいことがわかりました 可能となり、アンドロメダ銀河までの距離が天の川銀河の大きさより 測も急速に進みました。先にも述べたように、宇宙での距離の測定が 物理学界の大ニュースとなりました。ちょうどそのころ、天文学の観 20 世紀初めの 1905 年、アインシュタインが特殊相対性理論を発表し、

もくじ 第 1 章 第 2 章 宇宙はどのように始まったのか ? 太陽が大爆発しても 8 分くらいはわからない・・・ 10 木星、土星は 1 時間コース ! ? ・ ・・ 12 プレアデス星団から見た日本は戦国時代・・・ 14 人類の宇宙観を大きく変えたアンドロメダ銀河・・・ 16 コービーの大発見・・・ 32 ・・ 30 雑音こそ「原初の光」だった ! ・ ビッグバンを裏付けた雑音とは ! ? ・・・ 28 ビッグバンの名付け親・・・ 26 膨張する宇宙からビッグバンへ・・・ 24 ・・ 20 38 万年後の「原初の光」とは ? ・ その先は宇宙の「暗黒時代」・・・ 18 ・・ 38 粒子と反粒子、 10 億分の 1 の確率で生き残るのはどっち・ インフレーションとビッグノヾンのエネルギー・・・ 44 真空は「豊かな海」・・・ 42 でこばこの宇宙 ! ? が平坦になる・・・ 40 その膨張スヒ。ードは光速を超えた ! ・ 神はサイコロを振らない・・・ 36 最大の謎はヘビの頭としつばの領域 ! ? ・・・ 34 ・・ 46 0 誕生 3 分後の宇宙のようす・・・ 48 誕生 38 万年後に晴れ渡った宇宙・・・ 50 オギャーと生まれたとたんいろいろなことが起きる・・ 宇宙は何でできているのか ? 「ホンマかいな ! 」から宇宙の構造へ・・・ 56 正体不明の存在であることの証明 ! ? ・・・ 58 ・ 52

第 2 章宇宙は何でできているのか ? プラックホールは銀河誕生に ・。欠かせない存在だた ? 2 。 銀河中心の超巨大ブラックホールに秘められたシナリオ これまでのプラックホールの研究で、見えてきたことは何ですか ? 2000 年からいままでの観測によってわかってきたことは、プラック ホールの質量と銀河の質量がある種の比例関係にあるということです。 図 1 を見てください。これは縦軸がプラックホールの質量、まあ大き さといってしまいましよう、横軸は銀河の大きさを示しています。大 きな銀河は、それなりに大きなプラックホールが、小さな銀河はやは りそれなりの大きさのプラックホールを抱えています。きれいにそろ っていますね つまり、どういう意味ですか。 銀河はプラックホールより 3 桁も 4 桁も大きいのです。ざっくりいう と百分の 1 とか千分の 1 です。銀河にとって、プラックホールの存在は、 そんなに気にとめるほどの存在ではないはず。ところが両者は、お 互い示し合わせたように比例している。そんなにそろわなく てもいいじゃないかというほど。 , こにはなにかおもしろそうなシナリオがありそうです。 もうーっ、興味深いデータをお見せします。図 2 は、 137 億年の宇宙 の歴史で、いつごろ銀河がどれくらい誕生したか、プラックホールが どれくらい生まれたかをみたものです。宇宙の若々しさを観 ラ則したテ : ータといってもいいでしよう。カープが上に行くほど、 90