ハッブル宇宙望遠鏡銀河の泡の謎に挑む 

   
ここで紹介する壮大な宇宙の話は、ハッブル宇宙望遠鏡による未知への挑戦の記録である。
NHKBSプレミアムチャンネルが5月初旬放送した宇宙シリーズの一つを要約したものである。
宇宙空間に打ち上げられたハッブル望遠鏡は、大気の陽炎の様な像の揺らぎを受けない為、100億光年彼方までの鮮明な画像を送り続けている。
そして今、今世紀最大の謎である銀河の泡構造の解明に挑んでおり、宇宙に存在する「ダークマター」(暗黒物質)の強大な重力が、銀河の泡構造に大きな影響を与えている事が解明されつつある。
ハッブル宇宙望遠鏡は1990年4月、スペースシャトルによって高度600kmの円軌道に打ち上げられた。
宇宙に浮かぶ史上最大の望遠鏡、長さ13m、バスほどの大きさがある。 時速28000キロで飛行しながら天体を撮影する。 2009年には最新鋭の観測機器が取り付けられ、性能は格段に向上した。 直径2.4mの反射鏡を持ち、捉えた映像を時々刻々地上の観測センターに送信している。
地上からは観測できない宇宙空間の鮮明なカラー画像を送り続けている。 左図は1600光年彼方のオリオン星雲の1600年前の映像である。 
クローズアップしてみると、ガスの中に奇妙な天体が見えて来た。 これは星の卵です。 中心にあるのは、これから太陽のように輝く星になる。 驚異的な解像力を持つため、細部までくっきりと捉えることが出来る
まるで花の蕾のような天体。 ハッブルは間隔を空けながらおよそ半年間に渡ってこの天体を撮影し、ガスや塵が膨張して行く様子を鮮明に捉えた。
ハッブルは90分で地球を一周する猛スピードで飛行しながら、空の一点を確実に捉え続け光を集めて行く。 これらの制御は地上からリモートコントロールで行われている。
こちらは観測されたデーターが送られてくるアメリカのメリーランド州にある宇宙望遠鏡科学研究所である。
ハッブルの使用は世界中に公開されている。 この研究所では、各国の研究所が提案する利用計画を公平に検討し、実施計画に織り込む。 一年間に届く提案はおよそ1000件、その中から選ばれるのはおよそ200件、8割が落選する。
所長のマット・マウンテンさんです。 所長になって嬉しい事は、優れた数多くの提案に出会える事、辛いのは不採用になった提案者からのクレームだと言います。
審査をパスすれば、いよいよ観測が始まる。 数時間で終わるものもあれば、何十時間も掛る観測もある。
しかし、地上に届いた生の写真は画質が悪く、同じ天体を何度も撮り、重ね合わせてノイズを取り去る。 また、ハッブルは色の異なる3つのフィルターを使用し、それらを重ね合わせて正確な色を再現している。
このような高度な画像処理によって、鮮明なカラー写真に仕上げ、一般にも公開している。
また、ハッブルでは星やガスまでの距離によって立体的な配置の写真を作成できる。 左図はその一例である。
宇宙では星星も人間と同じ様に生まれ死んでいく。 星は宇宙でガスや塵が集まり、その中で誕生する。
 
巨大なガスの雲が広がるカリーナ星雲である。 この画像の端から端まで50光年ある。二つの風船をくっ付けた様に膨らむガスの中心には、間もなく一生を終える巨大な星がある。 年老いた星がガスや塵を猛烈な勢いで噴出し、最後を迎えようとしている。
左図は今から1000年前に大爆発を起こした星の残骸である。 爆発の勢いは凄まじく、今でも毎秒1300kmのスピードでガスが拡がっている。 やがて、ガスは再び集まり、次の世代の星を作る材料となる。 ハッブル望遠鏡は、こう言った星々の生と死を鮮明な画像で捉える事に成功した。
これはハッブルが捉えた我々が住む銀河系の写真である。
大きさは10万光年、地球は左側の太い渦巻きの中間、内側に位置する。
銀河系の外にも無数の銀河が存在する。 ハッブルはその一つ一つを鮮明な画像で捉えている。
これはM104銀河を横から見た写真で、渦巻銀河の特徴である中心部の膨らみと、円盤状に拡がる腕の部分の薄さが良く分かる。
まるで雲の塊のようですが、これも銀河です。 赤く見えるのは銀河の中心から噴出した水素ガスです。 
こちらは一億光年彼方の2つの銀河です。 銀河同士が衝突しています。2つの銀河は最後には合体し、一つの巨大な銀河になる。 
銀河の衝突の起きている所、そこには多くの銀河が密集している。 なぜ、銀河が密集している所があるのでしょうか。
その謎を、ハッブル望遠鏡観測史上最大の観測時間を使って解き明かそうとする研究者グループがいる。 
銀河集団は泡構造をしていると言うニュースは新聞でも大きく取り上げられた。
泡の構造を発見した天文学者のマーガレット・ゲラーさんです。 宇宙では銀河はばらばらに位置していると天文学者は考えていた。 そこで私たちは銀河までの距離を調べ、それを3次元に並べ直してみた。
地球を起点に、ゲラーさんは1000個の銀河を並べてみた。
そして、銀河の分布の不思議な偏りを発見した。
泡の大きさは2億光年にも達していた。
しかし、ゲラーさんが観測した範囲は狭く、たまたまその部分だけが泡構造をしているのかも知れないという反論が出た。 
小高い山の上にあるアパッチ・ポイント天文台で、アメリカ、日本、ドイツが協力する泡構造の観測が始まった。
それはスローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)と呼ばれた。
観測目標はゲラーさんの観測範囲のおよそ100倍、見上げる夜空の半分です。 この範囲の銀河を見つけ、全ての銀河の距離を測ろうとした。これはSDSSの観測結果をもとに距離ごとに銀河を配置した宇宙地図です。 この一粒一粒が星々の大集団である銀河です。 その数100万個、どの方向を見ても宇宙は泡構造が延々と続いている。
天文学者のスコビルさんはSDSSよりはるかに遠い宇宙の泡構造を見たいと考えた。
ハッブルを使えばSDSSが観測した30億光年よりはるかに遠い100億光年先までの泡構造を見る事が出来る。
より遠くを見る事で、泡構造の昔の姿を見ようと考えた。
しかし、それには大きな障壁があった。
例えば満月の範囲を捉えるには、およそ80枚の画像が必要だ。宇宙の泡構造を捉えるには、満月9個分の広さが必要になる。 
この大規模な観測を成功させる為、スコビルさんをリーダーに世界7カ国から100人を超える研究者が集まるプロジェクトが結成された。 その名は「コスモ・プロジェクト」、2002年彼らは提案書を提出した。 ハッブルが一年間に観測できるのは、地球3000周分だが、要求したのは1200周分、全体の半分に近かった。 時間を短縮する事で、最終的にはこの大型プロジェクトは承認された。
2003年遂に観測が始まった。
満月9個分のエリアの観測で、100万個以上の銀河が捉えられていた。 画像解析には3年を要した。
距離別に100枚近い銀河の泡構造を解析した結果を示す。
25億年、35億年、60億年前の宇宙の泡構造を見ると、古い時代ほど泡の大きさが小さくなっていた。
もう一つの解析結果は、暗黒物質の重力によるレンズ効果が多く観測された事であった。
遠くの銀河が発した光は、アインシュタインの一般相対性原理により湾曲して望遠鏡に入る。
観測された写真で見ると、写真の矢印のように銀河が細い円弧のように変形して見える。
これらのデータを解析すると、暗黒物質の宇宙分布が立体的に推定される。 左図は、銀河の分布と暗黒物質の分布を同一空間で比較したものである。
これから、銀河は暗黒物質の重力に引かれて、暗黒物質と同じ様な分布をしている事が理解される。
左図は、暗黒物質の100億光年に亘る立体構造である。
暗黒物質の正体はまだ分かっていないが、銀河の総重量より重い暗黒物質が宇宙に存在し、銀河の泡構造に大きく影響している事は分かった。
ハッブル宇宙望遠鏡はこれからも、宇宙の謎の解明に向けて大きな貢献を期待されている。

           (終り)