宇宙は「壊れている」のか？―解明の鍵を握る巨大40フィート反射鏡

メリーランド州グリーンベルトにある加圧クリーンルーム内で、高さ40フィート（約12メートル）に及ぶ高精度なガラスと金のスタックがついにその動きを止めた。NASAゴダード宇宙飛行センターのエンジニアたちは、この10年近くの歳月を費やし、何百万時間もの「正真正銘の計算」を重ねて、「ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡」を組み上げてきた。このマシンは、ある一つの実存的な目的のために建造された。それは、私たちの現在の物理法則がまるで下書きのように思えるほどの速さで、なぜ宇宙が引き裂かれるように膨張しているのかを解明することである。

ハッブル宇宙望遠鏡の価値を疑う政府を説得し、計画を実現させた女性の名を冠したこの「ローマン」観測所は、単なるアップグレード版ではない。これはパラダイムシフトである。ハッブルが、特定の息をのむような光の点に焦点を合わせることで宇宙の姿を解き明かしてきたのに対し、ローマンは一歩引いて全体像を捉えるように設計されている。それは、針の穴から宇宙を覗き見るのと、IMAXスクリーンで観賞するのとの違いだ。そのデータ収集規模はあまりにも膨大であるため、NASAの科学者たちは、この後に待ち受けている事態に対して私たちはまだ準備ができていない、とすでに警鐘を鳴らしている。

もしハッブルを使って、ローマンが提供するのと同じレベルの緻密さで空をマッピングしようとすれば、あと100年間ハッブルを運用し続けなければならない。ローマンはその同じ仕事を約30日で完了させることを目指している。これは、1998年に天文学者たちが「宇宙の膨張は重力によって減速しているのではなく、加速している」ことに気づいて以来、ずっと積み残されてきた課題を解決するための、100年分の時間を短縮する近道である。何かが宇宙を外側に向かって押し広げているが、それが何なのかは全くの謎である。

100年を短縮する近道

この望遠鏡の主鏡はハッブルと同じ2.4メートルの直径を持つが、似ているのはそこまでだ。ローマンに搭載されたカメラの視野は、先行機であるハッブルの100倍もある。これは単に大きな写真を撮るためではなく、統計のためのものだ。森がどのように成長するかを理解したければ、100年間一本の木を観察するのではなく、季節を通じて森全体を見る必要がある。ローマンは空の広い範囲を一度にスキャンし、何億もの銀河の位置と形状を捉えることになる。

この広視野サーベイ能力こそが、現在の宇宙論における理論の綻びを特定するための鍵となる。長年、科学者たちは原子から銀河に至るまであらゆる挙動を説明する数学的枠組みである「宇宙の標準モデル」に頼ってきた。しかし、測定精度が向上するにつれ、その計算が合わなくなってきた。宇宙の膨張を測定する手法によって異なる結果が出るため、科学コミュニティでは緊張感が高まっている。ローマンは、その決着をつける存在となる。

なぜ宇宙の計算が合わないのか

私たちがこれまで見て、触れ、味わったすべてのもの、つまりすべての星、惑星、そして人間は、宇宙全体のわずか5パーセントに過ぎない。残りはダークマター（暗黒物質）とダークエネルギーの混合物である。ダークマターは見えない糊のような役割を果たし、銀河が回転によってバラバラにならないよう、引き止めるための余分な重力を提供している。ダークエネルギーはその逆で、宇宙の膨張をますます加速させている謎の圧力である。

問題は、ダークエネルギーが完全に不可視であるということだ。私たちがその存在を知っているのは、目に見えるものに対してどのような作用を及ぼしているかが見えるからに過ぎない。それはまるで、木の葉が動く様子を見て風の存在を推論するようなものだ。しかし、風と違ってダークエネルギーは時が経っても弱まらないようだ。それは空間そのものの性質であるように見える。宇宙が膨張して空間が増えるほどダークエネルギーも増え、それがさらなる膨張を引き起こす。これは暴走的なフィードバックループであり、最終的には私たちの銀河を冷たく暗い虚空の中で孤立させることになるだろう。

地上観測のパイオニアたちのレガシー

ローマンはゼロから出発するわけではない。ダークエネルギー分光装置（DESI）のような、地上での実験からバトンを引き継いでいる。DESIは最近、5年間の初期ミッションを完了し、アリゾナ州に設置された巨大なロボットアレイを使って3000万個の銀河をマッピングした。DESIの成果はすでに物理学の基礎を揺るがし始めており、ダークエネルギーは一定の力ではなく、時とともに進化するものかもしれないという示唆を与えている。

もしダークエネルギーが変化するならば、それは現在の物理学の理解がパズルの重要なピースを見落としていることを意味する。それは、重力の法則が火曜日しか働かないことを発見するようなものだろう。ローマンはDESIが示したヒントを元に、さらに過去へと遡り、宇宙が誕生から数10億年しか経っていない頃の姿を観察する。DESIが作成した3Dマップとローマンの高解像度データを比較することで、天文学者たちは重力とダークエネルギーによる宇宙の綱引きの歴史全体を視覚化できるようになる。

これは単なる学術的な好奇心ではない。ダークエネルギーを理解することは、本質的に宇宙という物語がいかにして終わりを迎えるのかを探求することである。もしダークエネルギーによる加速が続けば、遠い将来「ビッグリップ」が発生し、文字通り原子まで引き裂かれる可能性がある。もしそれが減衰すれば、宇宙は「ビッグクランチ」で崩壊するかもしれない。私たちは現在、着陸するのか、墜落するのか、それとも永遠に軌道を彷徨うのかも分からないまま飛行機を操縦しているような状態だ。ローマンは、その答えを私たちに示してくれるかもしれないフライトレコーダーなのである。

10億の太陽の輝きを見つめる

ダークエネルギーが最大の目玉ではあるが、ローマン宇宙望遠鏡にはもう一つの極めて困難なミッションがある。それは「地球2.0」を見つけることだ。そのために、ローマンには「コロナグラフ」と呼ばれる装置が搭載されている。過去には、惑星が恒星の前を通過する際の光の「わずかな減少」を観測することで、他の星の周囲にある惑星を見つけてきた。それは、3マイル（約4.8キロメートル）離れた場所から、スタジアムの投光器の前を飛ぶ蛾を見つけようとするようなものだ。効果的ではあるが、惑星そのものを直接見ることはできない。

ローマンのコロナグラフは、恒星の光を完全に遮断するように設計されており、それによって周囲を回る小さくかすかな惑星の姿を見ることができる。NASAのエンジニアはこれを、大西洋を挟んだ反対側から灯台の隣を飛ぶホタルを見ようとするようなものだと例える。これには、これまでの宇宙望遠鏡では達成されたことのないレベルの安定性が必要となる。コロナグラフ内部の鏡は、恒星の光を打ち消すために、DNAの幅よりも小さな単位で調整されなければならない。

もしこれが機能すれば、ローマンは他の恒星の周りにある巨大惑星を直接撮影できるだけでなく、さらに重要なことに、その大気を分析できるようになる。水やメタン、酸素といった化学的兆候を探すのだ。これは、私たちに似た世界を見つけるための第一歩である。ミッションが終了する頃には、ローマンは何万もの新しい系外惑星を発見し、私たちの銀河系地図を推測の産物から詳細なアトラスへと変貌させることが期待されている。

望遠鏡の建造完了は、エンジニアリングフェーズの終わりと、打ち上げ台に向けた旅の始まりを告げるものだ。これは人類が星を見上げて以来問い続けてきた謎に答えるために作られた、何百万時間もの労働の結晶である。私たちは、たとえその答えが「これまで信じていたすべてが間違っていた」ことを証明することになったとしても、宇宙が一体何でできているのかを突き止めようとしている。