宇宙の巨大で暗い空間には驚くほど少ない銀河がある

息を吸って、吐いて。すべてうまくいきます。顔の周囲 1 立方メートル (1 メートル = 3 フィート) には、約 25 セプティリオンの空気分子があります。肺を満たし、身体の機能を維持するには十分な量です。素晴らしいと思いませんか? もし今、銀河間の宇宙にいたら、もっとひどい状況になっているでしょう。宇宙には、 5立方メートルの空間につき、約 1 個のガス原子しかありません。

しかし、宇宙は計り知れないほど広大でもあるため、天文学者が銀河の奥深くを覗き込むと、その極微量のガスさえも検出できる。星や銀河からの光がガスを通過すると、光の特定の波長が希薄な物質にも吸収されるため、地球上の天文学者はその信号を検知できるのだ。

現時点では、この銀河間ガスは 137 億歳の宇宙全体にかなり均等に広がっています。通過する光は、非常に予測可能な均一な方法でブロックされ、放出される傾向があります。しかし、常にそうだったわけではありません。宇宙がまだ若かった頃 (わずか 10 億歳)、このガスは現在よりも不透明で、その不透明度は宇宙のさまざまな領域で異なり、均等に分布していませんでした。その変化についてさらに知ることで、研究者は初期宇宙で何が起こっていたかについてよりよく理解できるようになります。そこで天文学者は宇宙の空洞をのぞき込みました。

「ある意味、ここは私たちがこれまでに見た宇宙の中で最も珍しい場所です」と、カリフォルニア大学リバーサイド校の天文学者で、天体物理学ジャーナル誌に発表された論文の筆頭著者であるジョージ・ベッカー氏は言う。その論文では、直径5億光年の宇宙の暗い空間には、特定の理論シナリオで予想されるよりも少ない銀河があることがわかった。

ハワイのマウナケアにある、空の広い範囲を観測できる高性能望遠鏡を使って、ベッカー氏と同僚たちはその地域で若い銀河を探した。通常、このように暗く不透明な領域は、（比較的）ガスと銀河で満たされているはずである。しかし、そこには銀河はなかった。当時のガスはやや濃かったが（1立方メートルあたり60原子）、それはガスが天文学者の視界を遮っていたからではない。ベッカー氏と彼のチームが観測したガスは、紫外線の特定の波長に対しては不透明だが、可視星の光など他の波長は通過できる。

もしベッカーがすでに特定していた巨大な虚空の中にたくさんの銀河が渦巻いていたなら、彼はそれを見ていたはずだ。

しかし、そうではありませんでした。代わりに、いくつかの銀河がありましたが、高い不透明度を説明できるほど十分ではありませんでした。ベッカーは、この領域が宇宙の歴史の中で特に興味深い時期を経験していた可能性があると考えています。ビッグバンが爆発し、熱い物質が外に流れ出した後、真新しい元素の1つである水素を含むすべてのものが冷却されました。この水素ガスは、銀河が形成され始めるまで中性で帯電していませんでしたが、銀河が形成され始めた時点で、水素の一部が再び帯電し始め、形成中の銀河からの光がガスと相互作用して「再イオン化」しました。イオン化された水素はほとんど透明ですが、中性の水素は一部の紫外線波長に対して不透明になる傾向があります。

この空間が非常に不透明な理由の 1 つの説明は、この空間がまだ宇宙の初期の暗黒時代と再イオン化の間の過渡期にある可能性があるということです。

「再イオン化を解明することは、現在の銀河の大規模構造と分布、銀河の起源、どのような銀河が最初に形成されたかを理解する上で重要です」と、この研究には関与していないオクラホマ大学の天文学者、フェラ・ムンシ氏は言う。

ムンシ氏は、この新たな研究は理論天体物理学者が長らく考えてきた（そして論文を発表してきた）テストを本質的に実行している点で特に興味深いと述べている。

ムンシ氏は、銀河の誕生から現在までを再現できるコンピューターシミュレーションを扱っているが、その仕事の正確さを保つには、ベッカー氏が取り組んでいるような観測データが必要であり、それによってシミュレーションのパラメータを微調整して銀河や宇宙を正確に再現する方法を知る必要がある。

ムンシ氏と他の理論天体物理学者たちは、この新しい情報を将来どのようにシミュレーションに取り入れることができるか検討している。一方、ベッカー氏は、彼と彼の同僚たちが今後数か月以内に空の他の部分の追加観測を行うことを期待している。