ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が映し出す初期宇宙：標準宇宙モデルの課題とダークな宇宙の謎
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が映し出す初期宇宙：標準宇宙モデルの課題とダークな宇宙の謎
遥か彼方の宇宙を観測することは、同時に宇宙の遠い過去を覗き込むことを意味します。光の速さは有限ですから、遠くから届く光は、それが旅立った当時の宇宙の姿を私たちに伝えてくれます。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、これまでで最も遠く、そして最も古い時代の宇宙を観測できる強力なツールです。そのJWSTが捉えた初期宇宙の姿は、宇宙の未解明な謎、特にダークマターやダークエネルギーの研究に新たな問いを投げかけています。
宇宙の標準モデル「ΛCDMモデル」とは
現在の宇宙論で最も広く受け入れられているのは、「ΛCDMモデル」と呼ばれるものです。このモデルは、宇宙が約138億年前にビッグバンで誕生し、その後膨張を続けているという考えに基づいています。ΛCDMモデルでは、宇宙のエネルギーのうち、私たちが目で見て触れることができる普通の物質はわずか約5%に過ぎず、約27%がダークマター、そして約68%がダークエネルギーで占められているとしています。
ダークマターは光を出さず、電磁波ともほとんど相互作用しませんが、重力によって銀河の形成や運動に影響を与えます。ダークエネルギーは宇宙全体の膨張を加速させているとされる、これも正体不明のエネルギーです。ΛCDMモデルは、こうしたダークマターやダークエネルギーの存在を前提とすることで、宇宙マイクロ波背景放射の観測や、銀河の分布など、様々な観測事実をうまく説明できるため、標準モデルとして確立されました。このモデルでは、宇宙の初期には小さな物質の塊がまず生まれ、それがダークマターの重力によって集まり、徐々に合体・成長して星や銀河が形成されたと考えられています。
JWSTが見た初期宇宙の意外な姿
JWSTは、可視光よりも波長の長い赤外線で宇宙を観測します。遠方の宇宙から私たちに届く光は、宇宙膨張によって引き伸ばされ、波長が長くなる「赤方偏移」を起こしています。特に初期宇宙のような非常に遠い天体からの光は、大きく赤方偏移して赤外線になっています。JWSTは、この赤外線を捉える能力に優れているため、従来の望遠鏡では見えなかった宇宙誕生からわずか数億年後の「宇宙の夜明け」とも呼ばれる時代の銀河を多数発見しました。
ところが、JWSTが発見したこれらの初期銀河のいくつか、特に宇宙誕生から数億年程度しか経っていない時代の銀河が、ΛCDMモデルの予測よりも大きく、数が多い、あるいは進化が進んでいるように見えるという観測結果が報告されています。ΛCDMモデルが予測する初期宇宙では、まだ構造形成が始まったばかりで、小さな銀河がまばらに存在するはずだと考えられていました。しかし、JWSTの観測は、予想以上に早く大規模な銀河が形成されていた可能性を示唆しているのです。
この観測結果が持つ意味とダークな宇宙への影響
もしこのJWSTによる観測結果がより詳細な分析やさらなる観測によって確かなものとなれば、それは現在の標準宇宙モデルであるΛCDMモデルにとって新たな課題となる可能性があります。
なぜなら、ΛCDMモデルにおいて銀河がどのように、そしてどのくらいの速度で成長していくかは、主にダークマターが重力によって物質を集める働きに依存しているからです。もし初期宇宙で銀河が予想以上に早く成長していたとすると、ΛCDMモデルが前提とするダークマターの性質（例えば、粒子がどのくらいの速度で運動するかといった性質）が、現実の宇宙と少し異なっているのかもしれません。あるいは、宇宙の膨張の歴史、つまりダークエネルギーの効果の現れ方が、モデルの仮定とは少し違っていたのかもしれません。
もちろん、これらの初期銀河の見かけ上のサイズや数が、観測データの解釈や理論モデルの精度によるものという可能性も十分にあります。しかし、JWSTの観測は、これまで盤石と思われていたΛCDMモデルの初期宇宙に関する予測に、修正が必要となるかもしれないという可能性を提示しています。
今後の展望
JWSTによる初期宇宙の観測はまだ始まったばかりです。今後、さらに多くの初期銀河が観測され、より詳細なデータが集まることで、今回の発見が持つ真の意味が明らかになってくるでしょう。この観測結果が、ダークマターやダークエネルギーといった宇宙の根源的な謎の理解を深めるための、新たな糸口となる可能性も秘めています。宇宙の夜明けにJWSTが投げかけた問いは、これから始まる深淵なる宇宙への探求を、さらに興味深いものにしてくれるはずです。