宇宙に「方向」があった。100年の前提が覆る。

編集・制作：未知なる宇宙科学 ARCHIVES 編集部

宇宙に「方向」はあるのか——宇宙原理への疑問が深まる理由

宇宙論が100年間よりどころにしてきた「宇宙原理」とは何か

現代の宇宙論は、一つのシンプルな仮定の上に成り立っています。それが**宇宙原理（Cosmological Principle）**です。

宇宙原理は、次の二つの主張からなります。

• 等方性（isotropy）：宇宙はどの方向を見ても、大きなスケールでは同じように見える。
• 一様性（homogeneity）：宇宙はどの場所でも、大きなスケールでは同じように見える。

つまり、「宇宙には中心もなければ、特別な方向もない」という考え方です。地球から見る宇宙も、100億光年彼方の銀河から見る宇宙も、本質的には変わらない。この宇宙観の源流は、16世紀のニコラウス・コペルニクスにさかのぼります。「地球は宇宙の中心ではない」という彼の主張以来、科学は一貫して「私たちは特別ではない」という方向へ進んできました。

地球は太陽の周りを回る平凡な惑星にすぎず、太陽は天の川銀河の片隅にある平凡な恒星にすぎず、天の川銀河もまた、観測可能な宇宙に存在する約2兆個ともいわれる銀河の一つにすぎない。1920年代、アインシュタインが一般相対性理論をもとに宇宙の方程式を導いたときも、計算を成立させるためにこの宇宙原理が採用されました。

決定的な後押しとなったのは、1965年の宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の発見です。ビッグバンの残り火ともいえるこの電磁波は、宇宙全体を満たしており、どの方向を向いてもその温度がほぼ完全に均一（約2.725ケルビン）でした。均一さの誤差はわずか10万分の1。これほど等方的な宇宙であれば、特定の「方向」など持ちようがない——それが長らくの共通認識でした。

クエーサーの分布解析が示した、予想外の「偏り」

疑問が生じたのは、宇宙でもっとも明るい天体の一つであるクエーサーの観測からです。クエーサーとは、遠方銀河の中心にある超巨大ブラックホールが、周囲の物質を飲み込む際に放つ強烈な輝きのことです。あまりに明るいため、数十億光年の彼方からでも観測できます。

2021年、物理学者ナディア・セクレスタとサバー・ナドルニーらの研究チームは、赤外線天文衛星WISEが捉えた約130万個のクエーサーの分布を精密に解析しました。宇宙原理が正しければ、これらのクエーサーは全天にほぼ均等に分布しているはずです。

ところが、結果はそうなりませんでした。クエーサーの数密度には、明確な双極子（dipole）、つまりある方向に多く、反対方向に少ないという「偏り」が存在していたのです。

「私たちの運動」だけでは説明しきれない偏りの大きさ

ここで重要な比較対象があります。天の川銀河が宇宙の中を一定の方向へ動いているなら、進行方向の天体はわずかに密集して見え、明るく見えるはずです。これは双極子異方性と呼ばれる効果で、理論的に予言されていたものです。

CMBの観測からは、地球が宇宙の基準に対して毎秒約370キロメートルで、ろくぶんぎ座の方向へ動いていることが既にわかっています。クエーサーの偏りがこの運動だけで説明できるなら、CMBが示す方向と速さに一致するはずです。

ところが、クエーサーが示した偏りは、CMBの予測から期待される値のおよそ2倍も大きいことが判明しました。方向はおおむね一致しているものの、強さが大きく食い違っています。

研究チームによると、この食い違いが偶然である確率は統計的に0.0005%未満（およそ5シグマ相当）とされています。物理学では、5シグマは「発見」と呼んでよい水準です。

この観測結果が意味する二つの可能性

この結果が示す可能性は、大きく二つに分かれます。

• 可能性A：私たちは自分の運動速度を大きく見誤っている。CMBから割り出した宇宙の運動論そのものに問題がある。
• 可能性B：私たちの運動速度は正しい。その場合、クエーサーの偏りの「余分な分」は、宇宙そのものが本当に方向を持っていることの証拠になる。

可能性Bが正しければ、宇宙原理——アインシュタイン以来、現代宇宙論のすべての方程式が前提としてきた大原則——が根底から問い直されることになります。現時点では、どちらの可能性も排除されていません。

同様の「偏り」が複数の独立した観測から報告されている

この問題をより深刻にしているのは、似た兆候が複数の独立した観測でも指摘されていることです。

• 電波銀河の分布：遠方の電波銀河の分布にも、CMBの予測を超える双極子が報告されています。
• CMBそのものの異常：背景放射の温度ゆらぎには「Axis of Evil（悪の枢軸）」と呼ばれるパターンが存在し、本来ランダムであるべきゆらぎが特定の軸に沿って不自然に整列しているとされています。
• Ia型超新星の観測：標準光源として宇宙の膨張を測るのに使われる超新星のデータにも、方向によって膨張率がわずかに異なる可能性が指摘されています。

これらの異常が、それぞれ無関係な観測誤差なのか、それとも共通の原因を持つのか——現時点では結論が出ていません。

ハッブル・テンションとの関連も取り沙汰されている

事態をさらに複雑にしているのが、ハッブル・テンションと呼ばれる別の未解決問題です。宇宙の膨張率（ハッブル定数）を、ビッグバン直後のCMBから測ると毎秒・メガパーセクあたり約67キロメートル、近傍の超新星から測ると約73キロメートルと、約9%の食い違いが生じています。

一部の研究者は、宇宙の方向性に関する異常とハッブル・テンションが、同じ「未知の要因」から生じている可能性を議論しています。ただし、これは現在進行中の仮説の段階です。

次世代の観測装置が、この問いに答えを出そうとしている

この謎の決着は、近い将来つく可能性があります。2023年に打ち上げられた欧州のユークリッド宇宙望遠鏡は、100億光年以上にわたる数十億個の銀河の3次元地図を作成中です。地上では、チリのベラ・C・ルービン天文台が夜空全体を繰り返し撮影する大規模サーベイを開始しています。

これらが描き出す精密な宇宙地図が、クエーサーの双極子が本物かどうかを最終的に判断する材料となるでしょう。

宇宙原理が崩れた場合、何が変わるのか

「宇宙の方向性など、日常生活には関係ない」と感じるのは自然なことです。ただ、宇宙原理は単なる哲学的な前提ではなく、具体的な計算の土台です。

もし宇宙原理が大きく修正されるようなことになれば、宇宙の年齢を約138億年と計算してきた根拠も、ダークマターやダークエネルギーが宇宙の**約95%**を占めるという結論も、改めて精査が必要になります。宇宙論の基盤となっている方程式が、前提を変えて解き直されることになるからです。

現状のまとめ：何がわかっていて、何がまだわからないか

整理すると、現在の状況は次のようになります。

確認されていること

• 約130万個のクエーサーの分布に、統計的に有意な双極子が観測されている。
• その大きさは、CMBから予測される値のおよそ2倍である。
• 複数の独立した観測で、類似した方向性の偏りが報告されている。

まだわかっていないこと

• この偏りが宇宙そのものの異方性によるものか、他の原因によるものかは未決着。
• 複数の観測異常が共通の原因を持つかどうかも不明。
• ユークリッドやルービン天文台の観測が、今後の判断材料を提供する見込み。

宇宙原理は、100年にわたって宇宙論を支えてきた原則です。それが今、複数の観測から同時に問い直されつつある。確定的な結論にはまだ至っていませんが、教科書の記述が変わりうる段階に近づいていることは確かです。