欧州宇宙機関が支援する研究によると、宇宙はあらゆる方向に同じ速度で膨張しているわけではない可能性がある。この可能性は宇宙学者たちに深刻な疑問を投げかけている。
宇宙論の原理は、宇宙が均質かつ等方性であるという考えに基づいています。言い換えれば、十分に大きなスケールで見た場合、どの地点から見ても宇宙はほぼ同じように見えます。
例えば、宇宙マイクロ波背景放射は時空全体に均一に広がっているように見えます。また、銀河の空間分布も、数億光年にわたって統計的に同じであると考えられています。これはまた、どの方向から空を見上げても、宇宙の膨張速度が同じであることを意味します。
しかし、水曜日に『天文学と天体物理学』誌に掲載された論文は、この広く受け入れられている仮説に疑問を投げかけている。ドイツのボン大学とアメリカのハーバード・スミソニアン天体物理学センターのチームは、特定の方向から見ると明るく見える銀河団を数百個発見したと主張している。
「ボン大学とハーバード大学の同僚とともに、私たちは現在の宇宙にある800以上の銀河団の行動を観察しました」と論文の第一著者でボン大学の天体物理学博士研究員コンスタンティノス・ミグカス氏は述べた。
「等方性仮説が正しければ、星団の特性は空全体で均一になるはずです。しかし、実際には大きな違いが見られました。」
科学者たちは、842個の銀河団に含まれる高温ガスからのX線放射を分析し、個々の銀河団の光度と温度を決定した。データは、ESAのXMM-Newton宇宙船、NASAのChandra X線観測衛星、そしてドイツ航空宇宙センターのROSAT X線衛星望遠鏡という3つの異なる観測源から収集された。
「同じ特性を持ち、同じような温度の星団が、空のある方向では予想より暗く、別の方向では予想より明るかったことが分かった」と論文の共著者でボン大学の宇宙論教授トーマス・ライプリッヒ氏は述べた。
「その差は約30パーセントとかなり顕著でした。これらの差はランダムではなく、空を観測した方向によって明確なパターンが見られます。」
膨張速度の指標であるハッブル定数は、この図の右側の観測銀河では左側の銀河よりも低い。中央の明るい点はより速く膨張しているように見える。画像クレジット：K. Migkas et al. 2020
当初、研究チームは、これらの不規則性は銀河団間の重力差、あるいは塵の雲などに覆われて暗く見える銀河団もあるためだと考えていた。しかし、この証拠はほとんどなく、今回の結果は研究チームを驚かせた。
「宇宙が本当に異方性を持つとしたら、たとえ過去数十億年だけであったとしても、それは巨大なパラダイムシフトを意味するだろう。なぜなら、物体の特性を分析する際には、あらゆる物体の方向を考慮に入れなければならないからだ」とミグカス氏は語った。
例えば、今日私たちは宇宙論のパラメータと方程式を適用することで、宇宙にある非常に遠い天体までの距離を推定しています。これらのパラメータはどこでも同じだと信じています。しかし、もし私たちの結論が正しいとしたら、それは事実ではなく、これまでの結論をすべて再検討しなければならないでしょう。
しかし、誰もが納得しているわけではない。ESAでユークリッド計画に携わるプロジェクト科学者、ルネ・ローレイス氏は、より多くの銀河団を用いて研究を繰り返すことを推奨した。
「今回の発見は非常に興味深いものですが、これほど深遠な結論を導き出すには、研究対象となったサンプル数はまだ比較的少ないです」と彼は述べた。「これは利用可能なデータでできる最善の結果ですが、広く受け入れられている宇宙論モデルを真に再考するのであれば、より多くのデータが必要になるでしょう。」
科学者たちは、銀河団の片側がもう片側よりも明るい理由をまだ完全には解明していない。彼らは、宇宙の膨張速度と関連づけられている謎の物質、ダークエネルギーが原因ではないかと密かに疑っている。
ESAのユークリッド宇宙船は、この疑問に答える上でチームを助ける可能性があります。ユークリッドは、ダークエネルギーが銀河の3次元分布に与える影響をマッピングします。ユークリッドは2022年に打ち上げられる予定です。®
