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膨張する宇宙

1995年のハッブル・ディープ・フィールドは、満月の幅の約1/13という狭い空の領域を撮影し、約3,000個の銀河を見つけました。

  • 1923: エドウィン・ハッブルがアンドロメダでセファイドV1を発見。銀河は天の川銀河のはるか外にも存在すると判明
  • 1927: ジョルジュ・ルメートルがハッブルとスライファーのデータから、宇宙が膨張していると結論
  • 1929: ハッブルが銀河の距離と赤方偏移の関係を発表
  • 1990: ハッブル宇宙望遠鏡が打ち上げられる
  • 1995: ハッブル・ディープ・フィールド：10日間の露光で、狭い空の領域に約3,000個の銀河
  • 2016: 調査により観測可能な宇宙の銀河は約2兆個と推定。以前の推定の10倍

遠ざかる銀河

銀河の光をスペクトルに分けると、水素やカルシウムなどの元素に特徴的な暗い線が見えます。しかし、ほぼすべての銀河で、その線は赤い側へずれています。この赤方偏移は、銀河が私たちから遠ざかっていることを意味します。NASAの説明によると、ハッブルはセファイドで測った銀河の距離と赤方偏移を結びつけ、偏移が距離に比例して大きくなると見いだしました。距離が二倍の銀河は、二倍の速さで遠ざかります。ハッブルの発表の二年前、ベルギーの物理学者ジョルジュ・ルメートルは、ハッブルとヴェスト・スライファーの観測をすでに解析し、宇宙が膨張していると結論づけていました。この関係は現在、ハッブル・ルメートルの法則と呼ばれています。

式では、速さ = H0 × 距離と表します。ハッブル定数H0の単位は、メガパーセクあたりのキロメートル毎秒で、一メガパーセクは326万光年です。H0 = 70なら、100メガパーセク先の銀河は約7,000 km/sで遠ざかります。銀河が空間を飛び、私たちだけから離れているわけではありません。空間そのものが伸びるため、どの銀河から見ても他の銀河が遠ざかります。膨らむパンの中のレーズンが互いに離れるのと同じです。近くの銀河は例外になることがあります。重力で私たちと結びついたアンドロメダ銀河は、近づいています。

0 Mpc100 Mpc200 Mpc300 Mpc010,00020,0007367.4distance (1 Mpc = 3.26 million light-years); speed in km/s
ハッブル定数の二つの測定値、67.4（初期宇宙、プランクによる値）と約73（セファイドと超新星による値）について、距離と後退速度の関係を示しています。距離が大きくなるほど、二本の線の開きが大きくなります。

ハッブル・テンション

膨張を過去へたどると、宇宙の年齢が求められます。1をH0で割った値は時間の単位をもちます。H0 = 70なら約140億年で、NASAが詳しいモデルから求めた138億年に近い値です。しかし、二系統の測定値が一致していません。ESAのプランク衛星が測った宇宙マイクロ波背景放射の模様にモデルを当てはめると、メガパーセクあたり67.4 ± 0.5 km/sとなります。ハッブルを使い、セファイドとIa型超新星で直接距離を測ると約73です。その差は約8%で、どちらのチームが示す誤差よりはるかに大きく、データが改善されても消えていません。天文学者はこれをハッブル・テンションと呼び、まだ理解されていない物理を示している可能性があります。

銀河はいくつあるのでしょうか？

背景1995年、宇宙望遠鏡科学研究所の所長ロバート・ウィリアムズは、自分の裁量で使える観測時間を使い、何もなさそうな空の一角に10日間ハッブルを向けました。満月の幅の約1/13という領域です。新しいものが見つかるのか疑う同僚もいました。得られたハッブル・ディープ・フィールドには、成長のさまざまな段階にある約3,000個の銀河が写り、データは直ちに全員へ公開されました。NASAが紹介する天文学者ジュリアン・ダルカントンの言葉によると、この公開方法は、その後ほとんどの大型天文学プロジェクトの手本となりました。深宇宙画像の銀河を数え、空全体の面積に換算すると、銀河は約2000億個と推定されました。

2016年、クリストファー・コンセリス率いるチームは、ハッブルなどの調査に、暗すぎて見えない銀河のモデルも加えました。その結果、観測可能な宇宙に現在ある、またはかつてあった銀河は少なくともその10倍、約2兆個と結論づけました。大半は小さく、遠い昔に合体して大きな銀河になりました。2021年の研究では、太陽のまぶしい光から遠く離れたNASAのニュー・ホライズンズ探査機を使い、宇宙の本当の暗さを測りました。NASAは後に発表を訂正し、この測定が制約するのは銀河の総数ではなく、銀河からの光の総量だと説明しました。したがって、確かに言えるのは、暗い銀河をどう数えるかによって、数千億個から約二兆個の間になるということです。

赤方偏移スペクトル線が長波長側へずれること：遠ざかっている
ハッブル・ルメートルの法則速さ = H₀ × 距離
ハッブル・テンションプランクでは約67.4、セファイドと超新星では約73
宇宙の年齢（NASA）約138億年
ハッブル・ディープ・フィールド1995年、10日間で約3,000個の銀河
  1. 銀河のスペクトルの赤方偏移は、何を示しますか？
    • 銀河が私たちから遠ざかっている
    • 銀河が非常に高温である
    • 銀河が近づいている
    • 銀河が鉄でできている
  2. H₀ = 70 km/s/Mpcのとき、50 Mpc先の銀河はどの速さで遠ざかりますか？
  3. 銀河が14,000 km/sで遠ざかっています。H₀ = 70なら、距離は何Mpcですか？
  4. 1927年に初めて宇宙が膨張していると結論づけたのは誰ですか？
    • ジョルジュ・ルメートル
    • アイザック・ニュートン
    • ヘンリエッタ・スワン・リービット
    • ティコ・ブラーエ
  5. 遠くの銀河がすべて私たちから遠ざかるように見えるのはなぜですか？
    • 空間そのものが伸びるので、どの銀河から見ても他の銀河が遠ざかるからです
    • 地球が宇宙の中心にあるからです
    • 銀河が天の川銀河を怖がっているからです
    • 光が距離とともに遅くなるからです
  6. ハッブル・テンションでは73と67.4を比べます。73は何%大きいですか？（小数第1位まで）
  7. 遠ざからずに私たちへ近づいているのは、どの銀河ですか？
    • アンドロメダ銀河
    • ハッブル・ディープ・フィールド内のすべての銀河
    • M87
    • マルカリアン231
  8. 1995年のハッブル・ディープ・フィールドには、約何個の銀河が写っていましたか？
    • 約3,000個
    • 約30個
    • 約300万個
    • 一個だけ
  9. ニュー・ホライズンズの測定について、NASAの訂正は何と説明しましたか？
    • 銀河の数ではなく、銀河からの光の総量を制約する
    • 銀河が正確に2000億個あると証明した
    • 銀河は一つも見つからなかった
    • ハッブル定数を測定した
  10. H₀ = 70 km/s/Mpcのとき、1 ÷ H₀は約何十億年ですか？（整数で）
ポイント
  • ほぼすべての銀河に赤方偏移があり、遠ざかっています。
  • ハッブル・ルメートルの法則：速さ = H₀ × 距離（ルメートル1927年、ハッブル1929年）。
  • 空間そのものが膨張しています。近くのアンドロメダ銀河は例外で、近づいています。
  • H₀は約67.4（プランク）、または約73（セファイドと超新星）です。この食い違いがハッブル・テンションです。
  • 銀河の数は数千億個から約2兆個と推定されます。
このコースの出典 (17)
  • NASA Galaxies (science.nasa.gov/universe/galaxies)
  • NASA Galaxy types (science.nasa.gov/universe/galaxies/types)
  • NASA Hubble's Galaxies (science.nasa.gov/mission/hubble/science/universe-uncovered/hubble-galaxies)
  • ESA/Hubble tuning fork (esahubble.org/images/heic9902o)
  • NASA Sun facts (science.nasa.gov/sun/facts)
  • NASA Stars (science.nasa.gov/universe/stars)
  • NASA/JPL Milky Way spiral arms (science.nasa.gov/resource/the-milky-way-galaxy)
  • JPL Large Magellanic Cloud (jpl.nasa.gov/images/pia07137-whats-old-is-new-in-the-large-magellanic-cloud)
  • NASA APOD Magellanic Clouds and Leavitt, NASA Hubble V1 asset (science.nasa.gov/asset/hubble/cepheid-variable-star-v1-in-andromeda-galaxy)
  • NASA Edwin Hubble (science.nasa.gov/people/edwin-hubble)
  • NASA Hubble 100 years (science.nasa.gov/missions/hubble/nasa-celebrates-edwin-hubbles-discovery-of-a-new-universe)
  • NASA and ESA Andromeda collision 2025 (science.nasa.gov/missions/hubble/apocalypse-when-hubble-casts-doubt-on-certainty-of-galactic-collision, esahubble.org/news/heic2508)
  • JPL Event Horizon Telescope Sagittarius A* (jpl.nasa.gov/edu/resources/teachable-moment/telescopes-get-extraordinary-view-of-milky-ways-black-hole)
  • NASA Hubble Deep Fields (science.nasa.gov/mission/hubble/science/universe-uncovered/hubble-deep-fields)
  • NASA 2016 galaxy census (science.nasa.gov/missions/hubble/hubble-reveals-observable-universe-contains-10-times-more-galaxies-than-previously-thought)
  • NASA New Horizons cosmic background with correction (science.nasa.gov/missions/hubble/new-horizons-spacecraft-answers-question-how-dark-is-space)
  • CERN Courier Hubble tension (cerncourier.com/a/the-hubble-tension).

確認日: 2026-10-17