科学者を未だ悩ませている宇宙の謎

宇宙の起源に関する最も広く受け入れられている理論であるビッグバンは、137億年前に起こった。一瞬にして宇宙は創造され、それと同時に数え切れないほどの未解明の謎が、何世紀にもわたって科学者を悩ませてきた。ブラックホールの中には何があるのか？なぜ宇宙は轟音を立てるのか？私たちは宇宙空間で孤独なのか？といった疑問は興味をそそられると同時に、不可解でもある。

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光年とは何か？

話を進める前にまず、光年について少し触れておこう。ほとんどの宇宙物体は、その距離を表すのに光年が使われる。1光年とは、光が地球の1年で進む距離だ。ちなみに、1光年は約9兆キロメートル（6兆マイル）である。

ダークマター

驚くべきことに、無数の惑星、恒星、銀河、そして私たちが目にするあらゆるものは、宇宙全体のわずか5％にも満たないのだ。奇妙なことに、残りの26.8％は、科学者が「ダークマター」と呼ぶ未知の物質である。これは光や可視物質とは相互作用しないが、恒星や銀河といった宇宙の他の天体の動きや外観に及ぼす重力の影響を通して検出することができる。

ダークエネルギー

では、宇宙の残りの68％は何なのか？宇宙学者はこれを「ダークエネルギー」と呼び、宇宙を支配する謎の力と呼んでいる。この現象は、約50億年前に重力を圧倒し、宇宙を支配するようになった。目に見えないダークエネルギーは宇宙空間全体を満たし、その反発力によって宇宙の膨張を加速させている。

天の川

私たちの銀河である天の川銀河は、棒渦巻き状の銀河で、太陽系もその中に含まれている。天の川銀河の最も古い星々は、宇宙そのものと同じくらい古く、おそらくビッグバン後に形成されたと考えられている。

宇宙ジェット

宇宙ジェットは、いくつかの天体から放出される鉄化物質のビームだが、通常はまだ形成過程にある若い恒星によって生成される。

ビッグバン

ビッグバンは宇宙の起源に関する最も広く受け入れられている理論である。では、ビッグバンとは一体何だろう？

ビッグバンはどのようにして発生するのか？

約137億年前、宇宙全体のあらゆるものは、無限の密度と熱を持つ極小の特異点に凝縮されていた。突然、この小さな点から巨大な爆発が起こり、空間は風船のように膨張した。たった一つの原子から、宇宙は銀河余地も大きな規模に成長した。そして、今日もなお膨張を続けている。

かに星雲

かに星雲は、6光年の幅を持つ超新星爆発の残骸である。1054年に中国をはじめとする天文学者によって初めて観測され、地球から6,500光年の距離にある。

超新星

超新星は、宇宙に散らばる激しい恒星爆発だ。中でも最も明るい超新星の一つは、科学者によってLMC N49（写真）と名付けられ、地球から約16万光年の距離にある。

うずまき銀河

うずまき銀河は星、ガス、塵を含む平坦で回転する円盤で構成されている。これらの銀河の形状は、アメリカの天文学者であるエドウィン・ハッブル（1889-1953年）によって初めて記述された。このうずまき銀河M81の画像は、ハッブル宇宙望遠鏡から観測されたものである。

数千の銀河

宇宙には何千もの銀河が存在する。この画像に写っている小さな点でさえ、銀河そのもので、約130億光年の距離にある。

ビッグバンの地図作成

ウィルキンソン・マイクロ波異方性探査機（WMAP）衛星が捉えたこの画像は、ビッグバン直後の宇宙を捉えた初の全天マイクロ波画像である。NASAとプリンストン大学の天文学者チームによって公開された。

ブラックホール

ブラックホールとは、宇宙空間において重力が強すぎて光さえも外に出られない場所である。これは、物質が非常に圧縮された領域に押し込められているためである。例えば、恒星が死にゆくときにこのような現象が起こる。科学者たちは、私たちの銀河系にはこのような天体が何百万個も存在すると推定しているが、その中身は未だ解明されていない。この画像は、おとめ座にある超巨大楕円銀河メシエ87のブラックホールである。

暗雲

宇宙の暗雲は、背後の宇宙空間からの光を遮るガスと塵の雲である。NASAのスピッツァー宇宙望遠鏡が捉えた、へびつかい座ロー分子雲領域のダイナミックな画像には、生まれたばかりの星々が塵の層の下から顔を覗かせている。さそり座とへびつかい座の近くに位置するこの星雲は、地球からは約4.7光年離れている。

太陽系外惑星

太陽系外惑星とは、私たちの太陽系の外にある惑星のことである。ほとんどの太陽系外惑星は恒星の周りを公転しているが、放浪惑星と呼ばれる自由浮遊惑星は、後世から離れた永久暗闇の中で銀河中心を好転している。ケプラー186f（画像は想像図）は、科学者がハビタブルゾーン（生命居住可能領域）と呼ぶ領域、つまり主星の周囲で水が液体の状態になるのに適した温度の領域で発見された最初の太陽系外惑星である。

Kepler-452b（ケプラー452b）

ケプラー452b（地球2.0、あるいは地球のいとこと呼ばれることもある）は、太陽に似た恒星ケプラー452を周回する太陽系外惑星で、地球から約1,400光年離れたはくちょう座にある。太陽に非常に似た恒星のハビタブルゾーン内を周回する、岩石質のスーパーアースの可能性がある惑星として初めて発見された。

私たちは宇宙で孤独なのか？

この想像図では、赤色矮星グリーゼ581の周囲を周回する惑星系が描かれている。天文学者たちは、太陽系外で発見された、まだ名前のついていない地球型惑星の一つだと考えている。この惑星の表面に水が存在する可能性もあるのだ。しかも、この惑星は地球からずっと近いわずか20.5光年の距離で、てんびん座にある。地球外生命隊の存在の可能性が、突如として現実味を帯びてきた。

赤色矮星

赤色矮星は宇宙で最も一般的な恒星の種類だ。また、最も小さく、最も冷たい恒星でもある。地球に最も近い60個の恒星のうち50個が赤色矮星であり、天の川銀河の恒星の4分の3を占めているにもかかわらず、地球からは赤色矮星は一つも見えない。

タイタン

タイタンは土星最大の衛星であり、太陽系で2番目に大きい天然衛星である。厚い大気に覆われ、表面が岩のように硬い氷で覆われている唯一の衛星である。興味深いことに、地表の下には液体の海が存在する可能性も考えられる。画像：NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

太陽黒点

太陽黒点は、太陽の磁場の乱れが光球（太陽の目にみえる「表面」）に湧き上がることで発生する。太陽の黒点の数は、通常、増減を繰り返し、それぞれの黒点は数日から数か月持続し、総数は11年ごとにピークに達する。

宇宙線

宇宙線は、ほぼ光速で宇宙空間を飛び交う高エネルギーの陽子と銀河系から発生すると考えられている。この電離放射線は地球の大気圏で反射するため、人間には無害である。しかし、宇宙線は衛星などの機器の電子回路の故障やデータ破損の原因となることが指摘されている。画像：NASA

太陽フレア

同様に、太陽フレアは、太陽の大気圏における強力な電磁放射の噴出である。この現象は太陽黒点と関連している。フレアは太陽系最大の爆発現象であり、数分から数時間続くことがある。

カリスト

カリストは、太陽系で最もクレーターの多い天体である可能性がある。北西の衛星の中ではガニメデに次いで2番目に大きく、地表での地質活動はほとんど見られず、はるか昔の死の世界と考えられている。宇宙で最も古い地形の一つであり、少なくとも40億年前に遡る。画像：NASA

宇宙の轟音

宇宙には、極めて大きな電波ノイズの謎の轟音が広がっている。科学者たちは、宇宙に打ち上げられた巨大な気球に取り付けられた「宇宙論、天体物理学、核酸放射のための絶対放射計（ARCADE）」と呼ばれる機器を打ち上げた際に、このことを発見した。ARCADEは遠くの星から電波を拾うように設計されていたが、受信した信号は予想をはるかに上回るものだった。宇宙学者たちはこれは「宇宙の轟音」と読んでいる。画像：NASA

フェルミバブル

フェルミバブルは、2010年に宇宙学者によって発見された巨大で謎めいた構造で、天の川銀河の中心から放射状に広がり、銀河面の上下に約2万光年にわたって広がっている。フェルミバブルからは、肉眼では見えない高エネルギーのガンマ線とX線が放射されている。

月の磁場

アポロ宇宙飛行士が月の岩石を持ち帰ったとき、科学者たちはその一部が磁性を持つことを知って驚いた。研究者たちは、その磁性は、約45億年前に月の南極に衝突した直径193キロメートル（120マイル）の小惑星の名残である可能性があると考えている。この小惑星は、月の表面の一部に磁性物質を撒き散らした。

パルサー

パルサーは、磁極から一定の間隔で電磁波を放射する、非常に強い磁力を持つ回転する中性子星である。しかし、その理由は未だに解明されていない。さらに不可解なのは、これらの星が時折、活動を停止することがあるということである。

ミランダ

天王星の11番目の衛星であり、5番目に大きいミランダは、太陽系で他に類を見ない表面を持っている。その起伏に富んだ地形には、太陽系で最も高い崖と考えられている標高10,058メートル（33,000フィート）のヴェローナ・ルペス山脈がそびえ立っている。山脈はこの画像の下部に位置している。画像：NASA/JPL-Caltech

アトラス

土星の空飛ぶ円盤のような衛星であるアトラスは、太陽系のもう一つの異端児である。1980年に発見された内側の衛星であるアトラスは、深宇宙のUFOのような姿をしている。画像：NASA/Jet Propulsion Lab-Caltech/Space Science Institute

フォボス

火星の2つの衛星（もう一つはダイモス）のうち、内側の軌道を周回する大きいフォボスは、科学者によって「死のスパイラル」にあると考えられている、火星の表面に向かってゆっくりと周回しているからだ。この天然衛星は、恐怖とパニックの擬人化であり、恐怖症（フォビア）と言う言葉の起源ともいわれるギリシャ神話の神フォボスにちなんで名付けられた。画像：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

宇宙は無限なのか？

現在観測可能な宇宙の幅は約900億光年である。しかし、その先には何があるのだろうか？端的に言えば、宇宙学者たちは確信を持っていない。おそらく、他にも無数の星や銀河があるのだろう。もし宇宙が幾何学的に完全に平坦であれば、無限に広がる可能性がある。もし地球の表面のように曲面であれば、有限の体積を持つことになる。しかし、それはまだ誰にもわからないことだ。

出典：(BBC Science Focus) (EarthSky) (NASA) (Jet Propulsion Laboratory) (Space)