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1970年代、天文学者たちは私たちの天の川銀河が動いていることを発見しました。目に見えない巨大な力に引かれ、私たちは何かに向かって引き寄せられていました—しかし、それが何なのかは見ることができませんでした。私たちの最終目的地は「回避ゾーン」、天の川銀河の円盤のガスと塵に覆われた空の領域によって隠されていました。
月のない夜の広大な海に漂う小さな筏のように、私たちは潮流に捕らえられ、どこへ向かうか分からないまま進んでいました。そして私たちは一人ではありませんでした。天の川銀河だけでなく、私たちの近隣の銀河すべてが動いていたのです。
R・ブレント・タリーとJ・リチャード・フィッシャーという二人の天文学者は、オーストラリアのパークス電波望遠鏡を使用して遠方の銀河の調査を行い、乏しい観測データから銀河の動きを再構築しようとしていました。同じ頃、複数の天文学者チームが宇宙マイクロ波背景放射（CMB）を観測していました。これはビッグバン初期の時代から残された放射線の残存物です。
独立して、両グループはこの大きな宇宙の流れの最初の手がかりを発見しました。タリーとフィッシャーが地図化した銀河は共通の場所を共有しているように見え、再構築された速度はすべてほぼ同じ方向を指していました。宇宙マイクロ波背景放射については、その空全体の温度に偏りがあることが明らかになりました。一方向ではわずかに熱く、もう一方向ではわずかに冷たかったのです。この相違の多くは太陽が天の川銀河の核の周りを回る動きを考慮することで解消できましたが、その差し引き後も残差が残りました—最終的な宇宙の基準枠に対する相対的な動きの説明できない原因であり、その速度は毎秒数百キロメートルに及びました。
天の川銀河と私たちの近隣宇宙の他のすべての銀河が特定の場所、宇宙の特定の位置に引き寄せられているように見えました。まるで数千万光年にも及ぶ巨大な目に見えない鎖で縛られているかのようでした。
私たちはそれを見ることも、地図にすることも、何であるかを理解することもできませんでした。何十年もの間、私たちができる最善のことは単にそれに名前をつけることだけでした：グレートアトラクター。
絶え間なく引力を及ぼす巨大な源、宇宙の中の一点であり、引いて引いて引き続けます。私たちの銀河全体、そして何千もの他の銀河、数千億の星と数え切れない惑星の故郷が、炎に向かって無力な蛾のようにグレートアトラクターに引き寄せられています。
しかし、これがどれほど奇妙に思えても、宇宙ではこれは珍しい状況ではありません。宇宙は決して静止していません。宇宙内のすべての物体は休みなく動き続けています。地球の太陽の周りの軌道から、私たちの銀河内での太陽の漂流、さらにはグレートアトラクターに向かって疾走する天の川銀河まで。そしてそれは宇宙で最大の例ではありません—グレートアトラクターは私たちがこれまで見たことのあるはるかに大きな宇宙の氷山の一角にすぎず、空を横切って流れています—私たちが今まで見たものをはるかに上回る広大な宇宙構造と動きです。
そして何も静止していません。すべてはどこかへ向かっています。問題は—どこへなのか？
1999年9月23日、火星気候周回衛星は惑星に接近する際にNASAとの接触を失いました。ミッションは完全に失敗し、後に判明したのはメートル法からヤード・ポンド法への単位変換の間違いでした。シームレスに機能するはずの数十億ドル規模のプロジェクトであっても失敗することがあります。そして、それは毎日使用するものに関しても非常にイライラすることがあります—それが今日私たちのスポンサーであるRayconが日常イヤホンで素晴らしい選択である理由です。
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私たちの宇宙は動きによって定義されています。科学の歴史を説明する一つの方法は、宇宙の落ち着きのなさに対する私たちの認識の高まりを通じてです。何千年もの間、ヨーロッパと中東の最も優れた科学的精神は、地球は完全に静止していて、天が地球の周りを回っていると信じていました。初期の天文学者たちは他の物体—太陽、月、既知の各惑星、そして星々—の動きを説明し予測しようと奮闘し、その予測は驚くほどうまく機能しました。
しかし彼らの宇宙論的システムは完璧ではありませんでした。実際、それは不格好な数学的混乱であり、より大きな円の中に小さな円形の軌道が入れ子になっており、一部は地球を中心とし、一部は他の点を中心としていました。そして1543年、ポーランドの天文学者ニコラウス・コペルニクスは臨終のときに「天体の回転について」を出版しました。これは古いシステムの抜本的な再構築であり、太陽を宇宙の中心に—静止不動に—配置し、地球を他のすべての惑星とともに太陽の周りに動くものとしました。
コペルニクスの著作に対する反応は様々でした。一方では、それは宇宙の大胆な再形成でした。他方では、それは置き換えようとしていた古代のシステムと同じくらい混乱していると論じられました。そしてその上、簡単に答えがない質問をいくつも導入しました。第一に、地球が動いているなら、どうやってそれを知ることができるのでしょうか？
私たちは地球の表面で動いていることをさまざまな方法で知っています。走るとき顔に風を感じたり、遠くのゴールが近づいてくるのを見たりします。では、なぜ地球が太陽の周りを回るとき、大きな風の流れを感じないのでしょうか？または、なぜ私たちは惑星の信じられないほどの自転のために宇宙の空虚に投げ出されないのでしょうか？
科学の何世紀もの発展とニュートンの重力理論の展開があって初めて、全体像が形成されました。今日私たちは、地球の動きを感じないのは、私たちが地球と一緒に動いているからであり、宇宙の真空はまさにそれ—真空—であるため、押し付けて動きを裏切るものは何もないということを知っています。
しかし、地球が本当に運動していることをどのように保証できるのでしょうか？標準的な基準はあるのでしょうか？実際、ニュートンはそのような標準が存在し、すべての運動を測定できる固定された普遍的な基準枠があると仮定していました。
相対性理論を構築する際、アインシュタインは固定された普遍的な定規の概念を拒否しました。代わりに、すべての慣性運動は相対的でした。あなたの運動を測定する唯一の方法は、他の何かを基準にすることです。この基本的な考えから、相対性理論の残りの部分が花開きます：時空の構造、質量とエネルギーの等価性、光速の制限、すべてが含まれています。
動力のないロケット船で巡航し、同じことをしている友人に遭遇することを想像してみてください—あなたたちはどちらも慣性基準系にあり、一定の速度で動いています。すれ違うとき、あなたは自分が動いていて、相手が静止していると宣言するかもしれません。相対性理論では、彼らも同等の権利を持ち、自分が動いていて、あなたが静止していると主張できます。これら二つの視点は等しく有効です。
それにもかかわらず、私たちはコリオリ力のおかげで地球が回転していることを知ることができます。これは気流をひねり、ハリケーンや台風を形成します。たとえ私たちの空が完全に空白で、夜空に一つの星も見えず、目の前にあるもの以外に測定するものが何もないとしても、私たちはまだ地球の回転の動きを推測することができます。
しかし、より大きな宇宙全体における地球の動きは別の問題です。そのためには、何か他の基準枠、測定するための別の物差しを特定する必要があります。そうでなければ、宇宙の他のどんな物体のように、私たちは静止していて、宇宙の残りの部分、すべての惑星と星と銀河が私たちの周りで動いていると正当に主張できるでしょう。
ありがたいことに、宇宙そのものが私たちが必要とするまさにそのツールを提供しています。トリックは、私たちが静的な宇宙ではなく、膨張する宇宙に住んでいるということです。宇宙は日々変化しています；過去にはより小さく、将来はより大きくなります。これにより、優先される基準枠を記述することができます—そしてこの優先される基準枠は宇宙と一緒に膨張し、それに対する相対的な運動を測定することを可能にします。
言い換えれば、大規模では宇宙は膨張しています。平均して、銀河は時間とともに互いに遠ざかっています。そして、一般的な膨張の上に運動を定義することができます；宇宙の一般的な外向きの流れから逸脱するものは、確かに特別でユニークです。宇宙論の専門用語では、これは「特有の」速度として知られており、これらの速度は毎秒数百から数千キロメートルの範囲に及びます。この数学的ツールキットを持って、宇宙学者たちは地球の回転や私たちの惑星の太陽周りの軌道だけでなく、銀河内での太陽系の動き、そしてより広い宇宙内での天の川銀河の動きを理解し始めることができます。
そして、何も感じることなく、一歩も踏み出すことなく、あなたは一生のうちに信じられないほどの距離を移動します。
まず地球の自転があります。地球上のどこに座っているかによって、毎時最大1,600キロメートルの速さで飛び回っている可能性があります。もちろん、もしあなたが地理的な北極か南極のいずれかに立っていれば、あなたの回転速度はちょうどゼロになります。極と赤道の間の中緯度に住む人類のほとんどにとって、典型的な日常の速度は時速約1,000キロメートルです。約80年、つまり700,000時間の典型的な人間の寿命では、それは地球の回転だけで約10億キロメートルの生涯移動距離になります。
しかし地球はまた毎秒平均30キロメートルの速度で太陽の周りを公転しています。あなたの一生でそれは約800億キロメートルの総移動距離になります—もちろん、そのほとんどはほぼ円形なので、それによってどこかに行くわけではありません。
そして地球の軌道は私たちの動きの終わりではありません。太陽は、すべての惑星、小惑星、彗星、そして太陽系の他のすべての住民とともに、天の川銀河内を移動します。その動きのほとんどは銀河中心の周りの単純な軌道であり、一回転を完了するのに2億3000万年かかります。しかしその間に太陽は膨大な距離を移動し、平均速度は毎秒約230キロメートルとなります。
そして興味深いことに、その数字はまた天の川銀河内のダークマターの存在についての深遠な証拠でもあります。太陽の軌道内にある発光物体のすべての質量を合計すると、直接観測できないすべての星やガスの塊に対して寛大な余裕を持たせても、太陽を安定した軌道に保つのに十分な物質はありません。追加の質量源がなければ、太陽の現在の速度では数十億年前に天の川銀河から完全に放出されているはずです。
しかし太陽はまだここにあり、まだ軌道を回っています。銀河に重みを与え、すべてを一緒に接着する何らかの目に見えない形の物質—ダークマター—によって天の川銀河に繋がれています。
中心の周りの軌道に加えて、太陽はまた暗い海のブイのようにゆっくりと上下に動きます。これはすべての近隣の不安定な重力の影響の副産物です。何百万年もの間に、太陽は銀河面の上に数千光年まで上昇し、それを通過して最低点に達した後、サイクルを新たに始めます。
現在、太陽はローカルバブルとして知られる領域を通過しています。これは何百万年前に起きた超新星爆発によって星間物質から吹き飛ばされた空洞です。バブルの密度は天の川銀河の平均（それ自体が地球の実験室で真空として登録されるほど低いです）の10分の1未満です。私たちの太陽系は500万年から1000万年前の間にバブルに入り、その1000光年の広がりを何百万年もかけて横断し続けるでしょう。
しかしそれは終わりではありません。宇宙の膨張を背景に、私たちの銀河は移動中です。そして、それは最も近い隣人に向かって進んでいます。
数十億年後、私たちの空は認識不能になるでしょう。月はより小さく、より暗く、より遠くなり、太陽はより大きく、より明るくなるでしょう。おなじみの星座はすべて消え、私たちの太陽系近隣の新しい世代の星々に置き換えられるでしょう。そして、その夜空では、一つの特異な物体が最高に君臨するでしょう。どんな星雲、星、惑星よりも偉大な威厳を持つものとして：アンドロメダ銀河です。
現在、アンドロメダは大きいですが、目立つほどではなく、腕を伸ばした拳ぐらいの大きさの空の一部を占めています。しかし、25億年以内にアンドロメダは私たちの夜を支配し、ほぼ完全に空を満たすようになるでしょう。そして、それは今日私たちが知っているアンドロメダのようには見えないでしょう。
遠い未来には、それは不格好に歪み、以前の単純な形が天の川銀河と絡み合い始めると、巨大な重力によって歪められます。
その10億年後、空を埋めるアンドロメダは巨大な恒星で燃え上がるでしょう。二つの銀河間の重力的相互作用が新しい星形成の波を引き起こし、その現在の割合の1000倍も激しくなるでしょう。
そして、私たちの太陽が最後の息を引き取った後、何十億年もかかって、アンドロメダと天の川銀河の合併プロセスが終わるでしょう。新しい銀河の中心は空に幽霊のような存在感で輝き、他のどの夜の物体よりも明るくなるでしょう。
一つずつ、巨大な恒星は死に、超新星のエネルギーの閃光とともに宇宙の舞台から退場します。もし私たちの惑星が壊滅的な爆発を生き延びたら、太陽の白色矮星のわずかな輝きに寄り添い、私たちの空がゆっくりと消えていくのを見るでしょう。まず赤色に、そして最後の可視光の星々が消えると、暗闇へと変わっていきます。
1920年代、エドウィン・ハッブルは、長い間天文学者を困惑させていたアンドロメダ「星雲」が実際には独自の島宇宙、つまり250万光年離れた一つの銀河であるという驚くべき発見をしました。これは天文学者が存在すると仮説を立てていた最も遠い物体の10倍以上離れていました。
しかし、アンドロメダの速度を測定することは単純な作業ではありませんでした。アンドロメダは単純に大きすぎます：望遠鏡を向けると一部しか見えず、大きく異なる速度測定値が示されました。
そして1957年まで、オランダの天文学者ヘンドリック・C・ファン・デ・フルストがようやく確かな数値を提供しました。彼は中性水素から放出される21センチメートル放射として知られる微弱な放射を調べました。慎重な電波測定により、ファン・デ・フルストのような天文学者はこの微弱な中性水素の信号の粗い地図を作成し、そのスペクトルのシフトを調べることができました：予想される波長からの赤方偏移は私たちから遠ざかる動きを示し、青方偏移は私たちに向かう動きを示すでしょう。
この方法により、ファン・デ・フルストは平均速度としてマイナス296キロメートル/秒、不確かさは約10キロメートルという数値に到達しました。これはアンドロメダが私たちに向かって移動していることを明確に示しています。しかし、問題を複雑にするために、その測定値は私たちの銀河が一緒に動く動きだけでなく、太陽の銀河中心の周りの動きも含んでいました。真の銀河運動を得るためにはそれを差し引く必要があります—そしてその数字はちょうど毎秒約100キロメートルです。
しかし、もちろん、今その数字を知ったので、基準枠を選ぶ自由があります。私たちは天の川銀河が静止していて、アンドロメダが私たちに向かって疾走していると言うこともできますし、天の川銀河が大きな速度でそれに向かって急いでいると言うこともできます。しかし、宇宙の膨張を尊重する基準枠では、私たちの二つの銀河は実際にはどちらも互いに向かって動いており、共通の重力中心に向かっています。
しかし、私たちに向かう動きは必ずしも衝突することを意味するわけではありませんでした。天文学者は通常、銀河の視線方向の動き、つまり私たちに向かっているか遠ざかっている速度の成分だけを測定できます。横方向、つまり左右の動きはずっと測定が難しいです。
2012年になって初めて、サンモ・トニー・ソーン率いる天文学者チームがハッブル宇宙望遠鏡を使用してアンドロメダ内の数千の星の速度を測定し、そのコースの初めての明確な3次元的な姿が得られました。
そしてそのとき、私たちは本当に衝突コースにいることを認識しました。
面白いことは、早くも20億年後に始まります。私たちの銀河が近づくにつれて、それらの巨大な重力的相互作用が銀河を歪め、再形成し始めるでしょう。その原因は地球の海の潮汐を支配するのと同じ物理学です—銀河の互いに最も近い部分は残りよりも強い重力を受け、反対側の部分は最も弱い重力を受けます。これにより潮汐力が生じ、各銀河が引き伸ばされます。
時には、螺旋腕全体が銀河から切り離されることがあり、潮汐尾と呼ばれる現象を引き起こします。これは何万光年にも及ぶ激しい星形成の拡がりです。銀河の間には、まるで銀河が互いに手を伸ばしているかのように、ガスと星の橋がしばしば発展します。
およそ50億年後に最終的な合併イベントが起こるとき、それは突然の車の衝突のようではないでしょう。各銀河の容積のほとんどはほぼ空の空間であり、星々の間に伸びる希薄なプラズマで構成されています。ガス自体は絡み合い、衝撃前線と複雑な擾乱の波を形成しますが、星々自身は単に二つの蜂の群れのように互いに通り過ぎます。
しかし、それは星々が無傷であることを意味するわけではありません。銀河合併の最中、星々は互いに危険なほど接近します—ペアを組んで合体するほどではありませんが、軌道を乱すには十分すぎるほど近づきます。簡単に言えば、すべてが混沌となり、銀河円盤の平らな面が複雑に重なり合う軌道の絡み合った混乱に置き換えられます。ほとんどの星は新しい現実で生き残るでしょう。しかし、一部は散乱され、近くの出会いからエネルギーの加速を受け、銀河の家から永遠に飛ばされるでしょう。
最初の合併の通過には1億年以上かかり、数億年にわたって何度か繰り返されるでしょう。衝突、相互作用、分離のサイクルはそれぞれ徐々に短くなります。これらの相互作用のそれぞれが新しい星形成のラウンドにつながり、ガスが圧縮され分断されます。そのピーク時には、合併した銀河の星形成プロセスは現在の割合の1000倍以上に達する可能性があります。
そして一瞬だけ、それは美しいでしょう。合併した銀河は何百万もの新生星で飾られ、明るい白と青で輝き、衝突を動かした巨大なエネルギーの目を見張るような放出です。
しかし、残念ながら、悲劇的な終わりが来ます。銀河は新しい世代の星に変わる限られたガスの供給しか持っていません。放っておくと、天の川銀河のような銀河は1000億年以上もの間、その貯蔵を着実に少しずつ使うことができます。しかし衝突の行為はあまりにも激しく燃え、星形成の激しいラウンドでガスの貯蔵庫を次々と急速に使い果たします。それらの星が死滅すると、新しい星を形成するための残りはほとんどなく、銀河内に残る唯一の星は長寿命の矮星、小さく暗く赤い星だけになるでしょう。
合併した銀河—一部の天文学者は「ミルコメダ」と呼びます—は巨大な楕円銀河になり、大きく、赤く、卵形で、実質的な星形成ができず、単にその星々の位置が一つずつ落ちていくのを見守るだけの運命にあります。
もちろん、これはすべて仮説的であり、この巨大なイベントがどのように展開するかについての私たちの最善の推測です—そして最も最近のシミュレーションのいくつかは、それが起こるのがさらに80億年後かもしれないという可能性、あるいは全く起こらないかもしれないという可能性を提起しました。天文学者はもちろん、銀河合併がリアルタイムで進行するのを見ることはできません。プロセスが完了するまでに数億年かかるからです。代わりに、私たちが持っているのはスナップショットであり、ここで合併の始まり、あるいはそこでの最終結果、この特定の時点で捉えられた大災害のカレイドスコープです。
「マウス銀河」を考えてみましょう。これは290万光年離れた相互作用している銀河のペアです。その長い潮汐尾が二匹のマウスが一緒に寄り添っているように見えることからそう名付けられたこれらの銀河は、合併プロセスとそれに続く重力的歪みを始めたばかりです。そして2023年、天文学者たちはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、250万光年離れた合併の最中にあるアープ220という銀河のペアを観測しました。この合併は非常に激しい星形成のラウンドを引き起こし、現在この銀河は天の川銀河の100倍以上明るく輝いています。しかし、すでに星形成は停止しています。私たちが現在見ているのは、すでに点火された星々の残光です。
宇宙全体で天文学者たちは様々な段階と相互作用でその行為の最中にある無数の銀河を見ています。正面から衝突する銀河もあれば、互いにかすめるだけの銀河もあります。時には垂直であり、時には螺旋腕を互いにぶつけ合っています。時には2つ以上が重力的優位を争う闘争に巻き込まれています。
そして銀河合併のプロセスは何十億年も前に、銀河自体が出現する前から始まりました。そして、それは未来へと続くでしょう。
天の川銀河の旅はアンドロメダとの合併で終わりません。宇宙を通る私たちの動きは終わりからほど遠く、私たちがほとんど理解していない方向に向かっています。
時に数学は注意深い観察者が遠い時空を覗くことができる水晶玉となることがあります。そして時に、その水晶玉は現代の宇宙論からはるかに離れた時空で独自の物語を始めます。
フランスの数学者ガスパール・モンジュの仕事の広範囲に及ぶ影響を考えてみましょう—彼はその当時それを知りませんでしたが。代わりに、1792年革命フランスの海洋大臣として、彼は物資の輸送における最適化問題を解決することにより興味を持っていました。
数十年後、偉大な先駆者アンドレ=マリ・アンペールはモンジュの仕事を取り上げて拡張し、それ以来様々な経済的環境で使用されている方程式を生み出しました。例えば、鉱山と工場の間で資源を移動する最も効率的な方法を見つけるなどです。
そして第二次世界大戦の最中、ソビエトの数学者レオニード・カントロヴィッチはモンジュとアンペールの仕事を次のレベルに引き上げ、ソビエト戦争機械が直面していた複雑な物流問題に彼らの方程式を拡張し適用しました。
しかし最後に、物理学の普遍性の美しい例として、1970年代にカナダ系アメリカ人の宇宙論者ジム・ピーブルスは、同じ方程式を銀河の集合と形成における効率的な質量の動きを記述するために使用できることに気づきました。
謙虚な背景—穀物取引所の労働者と専業主婦の息子—から来たジムは、プリンストン大学で学び、最終的に宇宙論の分野の巨人になりましたが、1960年代の彼の研究の初期の頃、宇宙論は広く真剣な研究分野とは考えられていませんでした。私たちは宇宙が膨張していることとビッグバンの図がおそらく正しいことを知っていましたが、観測データがあまりにも少なかったため、ほとんどの天文学者はこの分野を真面目な将来性のない行き止まりと考えていました。しかし、ジムは押し進め、現代の物理的宇宙論のほぼすべての側面、構造の成長からビッグバンの最も初期の瞬間まで先駆的な研究を行いました。この仕事で彼は2019年にノーベル物理学賞を受賞しました。
そして円を完成させたのは、フランスのロヤ・モハヤイとロシアのアンドレイ・ソボレフスキーという二人の天文学者でした。彼らはジムの先駆的な仕事をフォローアップし、いわゆるモンジュ=アンペール=カントロヴィッチ方程式を宇宙論的水晶玉に最終的に変えました。彼らは銀河の現在の位置を取り、その情報を速度の限られた情報と組み合わせることで、それらの銀河を時間的に「輸送」して過去に戻すことができることを発見しました。
このアプローチの背後にあるトリックは、私たちが銀河がどのように動くかを知っているということです。それらは互いの重力的引力の影響を受けています—そして私たちは重力がどのように機能するかを知っています。そのため、この技術により宇宙論者は銀河のコレクションの現在の状態を取り、過去にそれらがどこにあったはずかを計算することができます。
それは決して完璧な技術ではありません。時間を遡るステップごとに、ますます大きな不確実性が導入され、この技術はビッグバンまで完全に遡ることはできませんが、それは機能します。
この方法で、ブレント・タリーと協力者たちはCosmicFlowsと呼ばれる継続的に更新されるカタログをリリースしており、天の川銀河の周りの数万の銀河とそれらの数十億年前の位置を地図化しています。その情報により、彼と彼の同僚は過去だけでなく未来にも銀河の宇宙時間を通じての動きを再構築することができ、天の川銀河がどこに向かっているかを予測する能力を与えています。
そしてこの技術、つまり強烈で注意深い観測と賢い数学的水晶玉の組み合わせによって、私たちは最終的にグレートアトラクターの形と影響を理解し、宇宙での私たちの最終的な運命がどうなるかを知ることができます。
宇宙の膨張により、私たちはすべての動き—一般的な膨張フローに対する相対的な動き—を判断できる優先的な基準枠を構築することができます。私たちは近くの銀河の詳細な速度マップを作成して、その一般的なフローを確かめようとすることができます—骨の折れる誤りを生じやすい作業です。しかし、ありがたいことに、宇宙自体がその宇宙論的基準枠のスナップショットを私たちに与えてくれます。
グレートアトラクターの存在の確認は、地元の銀河のマップからではなく、宇宙全体の光の究極の源から来ました：宇宙マイクロ波背景放射です。
CMBは宇宙が約38万歳の時に生成されました。その時、熱く密度の高いプラズマから少し冷えた中性ガスへの移行が宇宙に放射を満たしました。その放射には二つの非常に有用な特性があります。一つは、それが文字通りどこにでもあるということです。宇宙の各立方センチメートルがCMBの生成に参加し、CMBの形成は比較的短い—約1万年のオーダーでした。そのため、CMBは宇宙の光子の大部分を占め、私たちは空のあらゆる方向でそれを見ることができます。宇宙のどこへ行っても、あなたは常にCMBを見ることができます（感度の高いマイクロ波受信機を開発していると仮定して）。
第二に、CMBはほぼ完全に均一であり、温度の偏差は約100万分の1以下であり、これは初期宇宙のほぼ純粋な均質性を反映しています。
これは、私たちがあらゆる側面からほぼ完全に滑らかで、遠い過去の特定の瞬間に作られた放射に囲まれていることを意味します。それは宇宙論的基準枠の測定可能なスナップショットです。
その枠に対する宇宙内のどんな動きもCMBの像を歪めるでしょう：私たちの動きの方向では青方偏移し、私たちの動きの方向から離れる方向では赤方偏移します。
そしてそれはまさに私たちが観察しているものです。CMBはしし座の方向でケルビン約0.0035度ほど熱く、みずがめ座の方向ではその同じ量だけ冷たくなっています。この温度差異、双極子として知られるものを説明する唯一の方法は、CMB—したがって宇宙論的—基準枠に対する私たちの動きによるものです。測定されたシフトを得るために、私たちの速度は毎秒約600キロメートル程度でなければなりません。
もちろん、その速度の一部は太陽の天の川銀河の中心の周りの軌道によるもので、一部は私たちの避けられないアンドロメダとの衝突によるものです。しかし、それを差し引いてもまだ残留物があり、約毎秒300キロメートルです。そして、太陽の軌道と天の川銀河の合併経路を考慮した後のその動きの方向は、まさにグレートアトラクターの方向です。
私たちの宇宙の壮大な構造は、何十億年にもわたる休みなく絶え間ない動きから構築されています。天の川銀河は小さく始まり、暗闇の中でわずか数千の星々が集まっていました。しかしそれは動きの中で生まれ、連続的な合併を通じて現在の地位を築き上げました。同じ物語が目に見える宇宙全体で数兆回繰り広げられ、銀河を次々と生み出してきました。これは階層的構造形成の物語であり、私たちの宇宙が塔のようなレゴの傑作を一つ一つのレンガで構築した方法です。
宇宙には構造の階層があります：銀河、グループ、クラスター、そしてスーパークラスターです。そして、その構造の階層とともに動きの階層も存在します。銀河はすでに過去の無数の合併から組み立てられています。天の川銀河、アンドロメダ、さんかく座銀河、そして多数の小さな矮小銀河を含む局所銀河群のようなグループは、まだ崩壊と合併のプロセスの最中にあります。天の川銀河とアンドロメダが出会ってから約1000億年後、局所銀河群の他のメンバーも彼らと一緒に崩壊し、単一の巨大銀河を形成するでしょう。
局所銀河群のような銀河のグループも動いており、宇宙の広がりを通って地元の重力的引力の中心、つまり銀河団に向かって移動しています。私たちに最も近いクラスターはおとめ座銀河団で、すでに数千の銀河の故郷であり、さらに数万の銀河を引き寄せています。天の川銀河からアンドロメダへの動きに加えて、グループとして私たちもおとめ座に向かって落下しています。
このプロセスはビッグバンの最も初期の瞬間の間に始まりましたが、数十億年前にようやく加速しました。おとめ座のようなクラスターが成長するにつれて、それらはその周囲に更なる重力的影響を及ぼしました。これによりより多くの物質がそれらに引き寄せられ、その質量が増加し、重力が増しました。昔、生まれたばかりのおとめ座クラスターは局所銀河群を弱く引っ張り始め、クラスターが成長するにつれて、その穏やかな引っ張りは強力な力へと変わりました。
重力による成長はクラスターのスケールで止まりません。クラスターは宇宙で最大の重力的に束縛された構造です。それらはすでに形成され、すでに完成しており、単により多くを求めています。しかしクラスター自体はまだ別のレベルの成長に参加しています。それはまだ完成していない—スーパークラスターの構築です。
「スーパークラスター」は天文学ではいつも緩い定義を持っていました。通常、クラスターよりも大きなスケールで何らかの形でまとまった構造のように見えるものを指します。1863年のように昔から、ウィリアムとジョン・ハーシェルという天文学者たちはおとめ座クラスターの方向に星雲（実際には銀河だった）の過剰な数があることに気付きました。1950年代、天文学者ジェラルド・デ・ヴォークルールはこの銀河の過剰を暫定的に独自の構造として特定し、それをLocal Supergalaxy（局所超銀河）と呼びました。これを後にLocal Supercluster（局所超銀河団）に変更しました。
しかし、スーパークラスターはまだ完全に組み立てられていないため、簡単に定義された限界や境界を持っていません。当初、天文学者たちはおとめ座クラスターが局所超銀河団（混乱して創造性に欠けている名前ではおとめ座超銀河団としても知られている）の中心に位置していると信じていました。これは約100の銀河群と個々のクラスターのおおよそのコレクションで、幅1億光年以上にわたっています。
2014年から始まり、グレートアトラクターの始まりを最初に特定したブレント・タリーは、協力者のエレーヌ・クルトワ、イェフダ・ホフマン、ダニエル・ポマレデとともに、スーパークラスターの新しい定義を提案しました。この定義は空間的な広がりではなく、動きに基づいていました。彼らはモンジュ=アンペール=カントロヴィッチ再構築技術を採用して、銀河調査に命を吹き込み、現在の宇宙の静的なスナップショットから生きた実体に変え、私たちの近くのこれら数万の銀河がどこから来たのかを見て、どこに向かっているのかを見分けました。
そしてこれらの銀河の動きが、私たちの地元のスーパークラスターの真の広がりを明らかにしました。私たちがスーパークラスターだと思っていたものは、実はたった一つの枝、4つのうちの1つにすぎず、はるかに大きな集合体、タリーと協力者たちがラニアケアと名付けた実体の一部でした。これはハワイ語で「広大な天」または「開けた空」とおおよそ訳されます。
天の川銀河は局所銀河群に属しています。なぜなら私たちはみな共通の中心に向かって動いており、最終的には巨大な単一の銀河になるからです。局所銀河群は私たちのスーパークラスターのおとめ座支部に属しています。なぜなら私たちはみなおとめ座クラスターに向かっているからです。そしておとめ座スーパークラスター支部はラニアケアに属しています。なぜなら私たちはみなラニアケアの中心に向かって動いているからです。
合計10万の銀河、長さ5億光年以上にわたって広がり、4つの別々の枝に集合—それぞれかつては独自の権利でスーパークラスターと考えられていた—はすべて単一の目的地に向かっています。ラニアケアの鼓動する心臓。宇宙のこの部分の局所的な引力の中心。何十億年前に始まり、完了するのに何千億年もかかる建設プロセスの最終的な集合点。
それはすべての中心です。グレートアトラクターです。
グレートアトラクターの肖像は、私たちの銀河の塵に覆われた宇宙の方向である回避ゾーン内にあるため、せいぜい霞んでいます。しかしいくつかの波長の光はその塵を貫通することができ、電波、赤外線、X線で撮影された調査は、ベールの向こうに何があるのか、そしてグレートアトラクターの領域内に何があるかもしれないかについての一瞥を私たちに示しています。
私たちが見極められる限り、ラニアケアの心臓部、天の川銀河を含む10万の銀河の大移動の焦点は、ノルマ銀河団です。これはそれを通して見なければならない星座にちなんで名付けられました。それは典型的な銀河団の数倍の大きさで、私たちから約2億2000万光年離れています—そのため、毎秒100キロメートル以上の速度でも、ノルマ銀河団はあまりにも遠いため、そこへの旅は1000億年以上かかるでしょう。
ノルマは他の銀河団と同じように始まり、無数の合併と絶え間ない重力的引力の結果でした。しかしそれは巨大な重力の井戸の底、宇宙のこの地域全体の単一の引力点に位置していました。時間とともにノルマは更に巨大になり、その中により多くの物質を集め続けるでしょう。
しかし最近の調査、またモンジュ=アンペール=カントロヴィッチ再構築技術を使用したものは、グレートアトラクター—つまりノルマ銀河団—への私たちの動きが物語の終わりではないことを明らかにしました。一つには、私たちのノルマについての理解は曖昧ですが、それは少し小さすぎるように見えます。そのダークマターの寄与を加えても、ノルマの重力的引力は私たちがグレートアトラクターに向かって動いている速度を説明するには十分ではありません。
言い換えれば、グレートアトラクターは最初に思われたほど偉大ではありません。ノルマ銀河団のさらに遠くにある追加の引力源があるように見えます—なぜならノルマもまた動いているように見えるからです。グレートアトラクターよりさらに大きく、さらに偉大な実体が、6億5000万光年以上離れた所に位置しています。この構造は1930年にハーバード大学天文台のハーロー・シャプレイによって初めて観測されました。彼は遠い星雲をかろうじて認識することしかできませんでした。しかし今では、それは別のスーパークラスター、私たち自身のラニアケアに次に近い隣人であることが分かっており、私たちが見極められる限り、それは私たち自身のものよりもさらに大きなスーパークラスターです。
シャプリー超銀河団の信じられないほどの質量は、何億光年もの間、その周りのすべての銀河、すべてのグループ、そしてすべてのクラスターに影響を与えています—もし宇宙に十分な時間を与え、この動きがすべて止まることなく続くとしたら、ラニアケアは単一のコンパクトな物体—現在その中心に位置するノルマ銀河団のはるかに巨大なバージョン—に変わり、そしてその物体は最終的にシャプリー超銀河団の中心に位置する同様のものに向かうでしょう。
そしてさらに大きなスケールでの追加の動きの兆候さえあります。2008年、NASAの天文学者アレクサンダー・カシュリンスキーは宇宙マイクロ波背景放射で見つかったある微妙な信号を観測していました。運動学的スニャエフ=ゼルドヴィッチ効果として知られるこれは、CMBからの光が私たちに向かう途中で銀河団を通過するときに引き起こされるわずかな痕跡です。空の異なる領域でこれらの信号を比較することにより、カシュリンスキーは星座ケンタウルスとベラの間の空の方向に向かってクラスターの大きな流れがあるように見えることを発見しました。
カシュリンスキーが「ダークフロー」と呼んだこの見かけの流れは、毎秒600〜1,000キロメートルの間であり、グレートアトラクターへの私たち自身の動きよりも速く、その動きは宇宙のクラスターのかなりの部分を巻き込んでいました。このダークフローの興味深いパズルは、宇宙の密度の違いがその速度を説明するのに十分ではないということです：そのような大規模で一貫した動きを説明するために宇宙のどの一部にも十分な物質が集まっていません。
しかし問題に戻ると、2013年にESAのプランク衛星の科学者たちはダークフローの証拠を見つけませんでしたが、議論は続いています。
ダークフローが私たちの宇宙の実際の特徴であるかどうかにかかわらず、遠い過去からの反響はまだあります。宇宙がわずか数十万年の時、今よりも100万倍以上小さく、宇宙のすべての物質が熱く密度の高いプラズマに圧縮されていました。どんなプラズマのように、密度の波がプラズマ内で前後に急増し、音波が衝突してエコーしました。そしてこれらの音波には名前があります—バリオン音響振動（BAO）です。
宇宙が膨張して冷えると、プラズマから中性ガスに移行しました—そしてその瞬間、バリオン音響振動はその場で凍結され、プラズマが消散したときにあった位置と状態に捕らえられました。振動は密度のわずかな変動として継続し、周囲よりもわずかに高い密度の重なり合う殻の連続として残りました。時間とともにそれらは成長し、平均よりも多くの物質を蓄積し、何億年もの後には平均よりも多くの銀河を持つようになりました。
今日、宇宙学者たちは銀河の大規模な調査で音響振動の痕跡を地図化し、宇宙の歴史のモデルをテストするために使用しています。
そして2023年、ブレント・タリー、カラン・ハウレット、ダニエル・ポマレデは、近くの多くのクラスター、壁、そして宇宙のウェブの他の構造が殻の形に配置されていることを発見しました。この殻の半径は4億光年以上あり、スローン・グレート・ウォール、CfA・グレート・ウォール、ヘラクレス複合体などの要素を含み、すべてうしかい座超銀河団を中心としています—すべて独自の権利で巨大な実体です。
タリーと彼の協力者たちは、この構造が個々のバリオン音響振動、宇宙の混沌としたプラズマのエコーの名残であり、今日もまだエコーしていると信じています。適切にも、彼らはそれをハワイのクムリポ創造の詠唱の一部から取った「ホオレイラナ」と名付けました：「深い暗闇から目覚めのつぶやきが来た」。
そして最後に—過去の時代の残響は深い宇宙で活動している唯一の力ではありません。
私たちは常に重力によって引かれています：アンドロメダの重力、おとめ座銀河団の重力、グレートアトラクターの重力、シャプリー超銀河団の重力、ホオレイラナの重力。また、押す力もあります。引力ではなく、反発の源です。
より広い宇宙の中の既知の質量源をすべて合計しても、私たちの銀河調査が私たちに明らかにする限り深く遠くまでも、天の川銀河の動きを完全に説明するには十分ではありません。他に何かがあるようです、シャプリー超銀河団の空の反対側にある何か、私たちがまだ完全に地図化したり理解していないものです。大きな空虚、無の広大な拡がり、宇宙の体積を支配する多くの一つです。
双極子反発器空虚と名付けられたこの領域について、私たちはまだその形、大きさ、寸法を正確に理解していません。私たちが知っているのは、それが大規模宇宙での生活を定義する偉大な動きに参加しているように見えるということだけです。
そしてここで認識すべき重要なことは、これらの巨大な空虚は単に物質を手放すだけではないということです。それらは積極的に端にある銀河を押し出します—なぜなら、その空虚さにもかかわらず、それらはダークエネルギーで満ちているからです。
そして最終的に、空虚の反発は宇宙の時計を巻き戻し、宇宙のウェブを解きほぐし、私たちがグレートアトラクターに到達することを永遠に阻止するでしょう。
おそらくこれはアインシュタインが自分の数学を信頼しなかった唯一の時でした。彼のキャリアの初期に、彼は想像力と洞察の飛躍で名を馳せました。これは物理的宇宙と彼のアイデアに光をもたらすのに必要な数学の深い理解に基づいていました。実際、たった一年で彼は特殊相対性理論を作り上げ、量子力学の基本的な原理を発見し、原子の存在を決定的に証明しました。
しかし1917年、アインシュタインは自分自身につまずきました。彼はちょうど一般相対性理論を開発し、それに対する多くの応用を見つけたところでした—そして彼は自分の新しく見出した方程式を宇宙全体の記述に使うことにしました。結局のところ、重力は大規模で全ての物体に作用する唯一の力であり、一般相対性理論の言語は宇宙の進化を記述するのに十分な能力を持っているはずでした。
しかし彼が発見したものは彼を驚かせました。彼の方程式は自然に動的な宇宙を予測していました。それは常に動きの中にあり、全ての物体が—大規模では—互いに崩壊するか、互いに離れていくかのどちらかでした。これは当時の従来の知恵に反するものでした：惑星は軌道を描き、星々はあちこちに動くかもしれないが、大規模な宇宙は永遠に固定され静的であるという考えです。
そして何らかの理由で、アインシュタインは確立された秩序を乱したくありませんでした。彼は宇宙定数の形で機会を見つけました。この数値を方程式を壊さずに滑り込ませることができました。太陽系では、この宇宙定数はどんな測定にも影響しませんでした。しかし大規模では、それは宇宙を安定させる働きをし、宇宙の物体が動く自然な傾向を克服するものでした。
残念ながらこのアイデアにとって、ほんの数年後、エドウィン・ハッブルは宇宙の膨張を発見することになります。アインシュタインは公的にも手紙でも認めることはありませんでしたが、彼の親しい友人たちは、アルベルトが宇宙定数を彼の「最大の過ち」と呼んでいたことを回想しています。
しかしアインシュタインの後悔にもかかわらず、その定数は決して完全には消えませんでした。宇宙論的観測を説明する必要はなかったですが、それを完全に排除する理論的必要性もありませんでした。偉大なソビエトの宇宙物理学者ヤコフ・ゼルドヴィッチは、宇宙定数を時空の真空エネルギーと同等視したとき、その重要性を認識しました—同じ基本的な概念の二つの異なる表現にすぎません。そして1998年、天文学者たちは宇宙の膨張が加速していることに気付きました。この謎の加速膨張の最も可能性の高い犯人は？時空の真空エネルギーでした。
そしてわずか数週間の間に、世界中の宇宙学者たちは彼らの歴史書の埃を払い、アインシュタインの最大の過ちと再び親しくなり、方程式のあの小さな無邪気な項がどのように宇宙を引き裂いているのかを理解し始めました。
局所銀河群、おとめ座銀河団、ラニアケア超銀河団、それらはすべて原子ごと、銀河ごとに構築されました。それらは現在の素晴らしい壮大さに達するまでに、ゆっくりと着実な動きの何十億年もかかりました。宇宙の残りの部分が継続的に大きくなり、銀河がハッブルフローとともに優しく漂っていく可能性があるかもしれませんが、ラニアケアの銀河は常にそれを故郷と呼ぶことができるはずでした—ダークエネルギーが最終的にバランスを傾けるまで。
50億年前、宇宙の膨張はすべての物質を、新しい力が勝利を収めることができるポイントまで希釈しました。その力は常にそこにあり、影の中で待ち、時空の織物の一部でした。しかしそれは弱く、そのため背景に座り、放射と物質の力が宇宙の進化を支配することに満足していました—その時がついに来るまで。
私たちはダークエネルギーが何であるかを理解していません。私たちはそれが何をしているかを単に知っています：それは宇宙の膨張を加速させています。そしてその影響は成長し続けています。宇宙が膨張するにつれて、その物質の内容はますます広がっていきますが、その同じ膨張がより多くのダークエネルギーを生み出します。それが何であれ、時空の真空エネルギーに関連しているように見えます。あなたが完全に空の箱を持っていれば、すべての物質と放射から空にされ、真空以外は何も残りません。しかし量子力学は私たちに、真空は生きており、基本的な粒子が存在と非存在の間で絶えず振動する沸き立つ海であり、真空に独自の基本的なエネルギーを与えていると教えています。
ダークエネルギーはその真空エネルギーの表れのように見えます。宇宙が膨張するにつれて、より多くの空の空間、より多くの真空…そしてより多くのダークエネルギーが生まれます。
50億年前は転換点でした。物質の密度が初めてダークエネルギーの密度を下回った時です。そしてそれ以来、状況はさらに悪化しています。現在の時代では、ダークエネルギーは宇宙のすべての内容の約70％を占めています。将来それは90％になるでしょう。そして99％。そしてさらに多く、宇宙が膨張を続けるにつれて自分自身を積み上げ、その膨張が加速するにつれて、それはより多くのダークエネルギーの創造を促進するだけです。これは明らかな終わりがなく、減速の兆候を示さないプロセスです。
ダークエネルギーは宇宙を休ませることはなく、すでに空虚の中での解体プロセスを開始しています。空虚は、定義上、ほとんど完全に物質が空です。イオン化ガスの薄いフィラメントや小さな矮小銀河が時折あるだけです。それらはほぼ完全に純粋な真空であり、これはダークエネルギーで満たされており、その暗黒の力の反発効果によって膨張するよう促されています。
空虚は宇宙内で加速膨張が起こる正確な場所です。時間が経つにつれて、空虚はますます大きくなり、融合し、その端にある銀河を互いの重力的引力が一緒に保つことができるよりも速く互いから遠ざけます。
増大する暗闇を生き残るのは、すでに重力的に束縛されているものだけです。これは局所銀河群が、その個々のメンバー銀河が合体することで変化するかもしれませんが、生き残ることを意味します。そしてそれはおとめ座のようなクラスターも生き残ることを意味し、すでにそれを故郷と呼ぶ数千の銀河にとって安全な避難所となります。
しかしスーパークラスターは生き残れないでしょう。ラニアケア、シャプリー、そして宇宙のウェブの背骨を作るために曲がりくねって風のように吹く何百万もの他のものは、その凝集力を維持しないでしょう。それは遅すぎます。50億年前にダークエネルギーがその仕事を始める前に、それらは自分自身を十分に近づけるための時間がなかったのです。
そして最終的に—私たちは旅を完了することはないでしょう。天の川銀河はアンドロメダとの悲劇的な道程を続けるでしょう—しかし局所銀河群はおとめ座銀河団の安全な岸に到達することはなく、ましてやグレートアトラクターやその先にあるものに到達することもないでしょう。
数十億年後、グレートアトラクターに向かうの私たちの宇宙を通る通過は減速し、停止し、そして逆転するでしょう。何千億年もの間に、私たちはそれらの遠くのクラスターと銀河が薄暗くなり、視界から消えるのを見るでしょう。最終的にそれらは私たちの宇宙論的地平線を越えて滑り落ち、ダークエネルギーによって駆動される加速膨張に巻き込まれます。
十分な時間が経った後、今から数兆年後、かつて局所銀河群だった巨大銀河は孤立し、無の海に漂流します。他のすべての銀河が離れていくからです。
しかしそのときでさえ、私たちの動きは止まりません。将来の銀河内での重力的相互作用により、星々はランダムに散らばっていくでしょう—そして一度それらがその抱擁の外に滑り落ちると、それらもまた加速膨張に巻き込まれ、まるでそこになかったかのように投げ出されます。
一つずつ、星ごとに、私たちの銀河は減少するでしょう。
同じ運命がすべての巨視的な物体に適用されます。数百兆年後、各個々の物体—星の死んだ残骸であろうと惑星の凍った殻であろうと—は宇宙の他のすべてのものから完全かつ全く孤立し、光速よりも速い膨張の広大な深淵によって分離されるでしょう。
そして広い宇宙に何も残らず、外部の基準枠もなく、動きを測る星もなく、比較するハッブルフローもなく、他の引力や反発の源もなく、ただ宇宙マイクロ波背景放射の薄暗い風呂だけが伴侶として残り、宇宙—その残りの部分—は最終的に、最終的に休止に至るでしょう。
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