銀河は、私たちの宇宙を構成する星の広大な集合体ですが、いたるところにあります。 しかし、宇宙にはどれだけの銀河があるのでしょうか。 数えるのは不可能なことのように思われます。 数十億個になると、足し算をするのに時間がかかるのです。 もうひとつは、観測装置の限界です。 この事実を最もよく表しているのは、ハッブル宇宙望遠鏡の10年分の写真を組み合わせて作られたハッブル・エクストリーム・ディープ・フィールド（XDF）でしょう。 NASAによると、ハッブル宇宙望遠鏡は、空の小さな一角を繰り返し訪れ、合計50日間にわたって観測した。 親指を伸ばして月を覆うと、XDFの領域はピンの頭ほどの大きさになる。 何時間もかけて微弱な光を集め、XDFは近傍から超遠方まで数千もの銀河を明らかにし、当時としては最も深い宇宙の画像を撮影した。 メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所の天体物理学者マリオ・リビオ氏は、「この小さなスポットに何千もの銀河があるとすれば、他のスポットにはさらにどれだけの銀河があるか想像してみてください」と語っています。 2020年にジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡が打ち上げられると、宇宙の初期銀河についてさらに多くの情報が明らかになると期待されている。
Going deep
リビオの知る限り、ハッブルは銀河のカウントと推定に利用できる最高の機器です。 1990年に打ち上げられたこの望遠鏡は、当初主鏡に歪みがありましたが、1993年にシャトルが訪れた際に修正されました。 1995年、天文学者はハッブル望遠鏡を大熊座の何もない領域に向け、10日間にわたる観測を行いました。 その結果、30等星までの暗い銀河が、1フレームに推定3,000個も写り込んでいました。 (この合成画像は「ハッブル・ディープフィールド」と呼ばれ、当時、宇宙を最も遠くまで見通すことができたと言われています。
ハッブル望遠鏡の観測装置のアップグレードに伴い、天文学者はこの実験を2度繰り返しました。 2003年と2004年に、科学者たちは「ハッブル超深場」を作り、100万秒の露出で、フォルナックス座の小さなスポットにある約1万個の銀河を明らかにしました。 2012年、再び望遠鏡を改良し、ウルトラディープ・フィールドの一部を観測しました。 研究者たちはこれを「エクストリーム・ディープ・フィールド」と名付けました。
全体として、ハッブルは、宇宙にある推定1000億個の銀河を明らかにしていますが、この数は、宇宙での望遠鏡技術の向上により、約2000億個まで増加すると思われるとリビオはスペース・コムに語っています。
星の数え方
どんな装置を使った場合でも、銀河の数の推定の方法は同じです。 望遠鏡（この場合はハッブル望遠鏡）によって撮影された空の部分を取り出します。 そして、その一片の空と宇宙全体の比率から、宇宙にある銀河の数を決定します。
「これは、大きな宇宙のばらつきがないこと、宇宙が均質であることを前提としています」とリビオは言います。 とリビオは言いました。「私たちには、そうであると疑う十分な理由があります。 それが宇宙論的原理です」
この原理は、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論にさかのぼります。 アインシュタインは、重力は空間と時間の歪みであると言いました。 その理解を手に、（アインシュタインを含む）何人かの科学者が、重力が宇宙全体にどのように影響するかを理解しようとしました。
「最も単純な仮定は、十分に悪い視力で宇宙の内容を見た場合、どこでも、どの方向でもほぼ同じに見えることです」と、NASAは述べています。 “つまり、宇宙の物質は、非常に大きなスケールで平均化すると、均質で等方的であるということです。 これは宇宙論的原理と呼ばれています」
宇宙論的原理が働いている一例として、ビッグバン後の宇宙初期の名残である宇宙マイクロ波背景放射があります。 NASAのウィルキンソン・マイクロ波異方性プローブなどの機器を使って、天文学者はCMBがどこを見てもほとんど同じであることを発見しました。
銀河の数は時間とともに変わるのでしょうか。 しかし、宇宙が古く大きくなるにつれて、銀河は地球からどんどん遠ざかっていきます。 1681>
宇宙は光速よりも速く膨張している（宇宙を旅する物体ではなく、宇宙そのものが膨張しているので、アインシュタインの速度制限には抵触しない）。
ここで、「観測可能な宇宙」（私たちが見ることのできる宇宙）という概念が登場します。 1兆年から2兆年後には、地球から見える範囲を超えた銀河が存在することになります。
「私たちは、その光が私たちに届くだけの時間があった銀河の光だけを見ることができます」と、リビオは言います。 とリビオは言います。「だからといって、それが宇宙のすべてというわけではありません。 それゆえ、観測可能な宇宙の定義があるのです」
銀河も時間の経過とともに変化します。 天の川銀河は近くのアンドロメダ銀河と衝突しており、約40億年後に両者は合体する。 その後、私たちに最も近い銀河である「局部銀河群」の他の銀河も、いずれ合体することになる。 その未来の銀河の住人は、観察する宇宙がずっと暗くなる、とリビオは言います。
「そのとき文明が始まったとしても、1000億個の銀河がある宇宙があったという証拠はないでしょう」と、彼は言います。 「彼らは膨張を見ることはないでしょう。
他の宇宙はどうなのか？
初期宇宙が膨張するにつれ、異なる「ポケット」が離脱し、異なる宇宙が形成されたとする理論がいくつかあります。 これらの異なる場所は、異なる速度で膨張し、他の種類の物質を含み、私たちの宇宙とは異なる物理法則を持っている可能性があります。 私たちの宇宙では、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（彼の研究所がミッションの運用と科学を管理する）の打ち上げによって、天文学者はその数をより正確に把握できるようになると、リビオは述べています。 ハッブル宇宙望遠鏡は、ビッグバンから約4億5千万年後に形成された銀河を見ることができる。 2020年にジェームス・ウェッブが打ち上げられた後は、ビッグバンから2億年後まで遡ることができると天文学者は予想しています。
「数字はあまり変わらないでしょう」とリビオは付け加え、最初の銀河はおそらくその少し前に形成されたと指摘します。 「そのため、2000億という数字は、私たちの観測可能な宇宙にとって、おそらくそれ以上でしょう」
ウェッブの貢献
宇宙にある銀河の数を数えることは興味深いですが、天文学者は、銀河がどのように宇宙の形成を明らかにするかにもっと関心を持っています。 NASAによれば、銀河は宇宙の物質がどのように組織化されたか、少なくとも大きなスケールで表現しているのだそうです。 (科学者たちは、小さなスケールでは、粒子の種類や量子力学にも興味を持っています）。 ウェブは宇宙の初期までさかのぼることができるので、その情報は、今日私たちの周りにある銀河の構造をよりよく理解するのに役立ちます」
「いくつかの初期の銀河を研究し、それを今日の銀河と比較することによって、その成長と進化を理解することができるかもしれません」。 また、ウェッブによって、これらの非常に初期の銀河に存在した星の種類に関するデータを収集することができます」と、NASAはウェッブのミッションについて述べています。 「何百、何千もの銀河を分光観測することで、銀河の形成が進むにつれて水素より重い元素がどのように形成され、蓄積されていったかを解明することができます。 また、銀河の合体の詳細が明らかになり、銀河の形成過程そのものに光が当てられるでしょう」
NASAによると、ウェッブが答える銀河に関する重要な疑問は次のとおりです：
- 銀河はどのように作られるか？
- 銀河の中の化学元素はどのように分布しているのか？
- 銀河の中心にあるブラックホールは、ホスト銀河にどのような影響を与えているのか？
- 小さな銀河や大きな銀河が衝突したり結合するとどうなるか？
科学者はまた、銀河の形成において暗黒物質が果たす役割に関心を持っています。 宇宙の一部は銀河や星といった形で目に見えますが、暗黒物質は宇宙の大部分、約80パーセントを構成しているものなのです。 暗黒物質は光の波長やエネルギーの放出によって目に見えませんが、1950年代に遡る銀河の研究では、肉眼で見えるものよりもはるかに多くの質量が存在することが示されました」
「科学者が銀河の形成を理解するために作ったコンピュータモデルは、銀河が暗黒物質の合体や塊によって作られることを示唆しています」と、NASA は述べています。 「これは宇宙の足場と考えることができます。 私たちが見ている目に見える物質は、この足場の中に集まって星や銀河の形をしています。 暗黒物質が「かたまり」となっているのは、小さな天体が最初に形成され、それが集まって大きな天体を形成しているからです。 この調査は、宇宙にいくつの銀河があるかということに直接答えるものではありませんが、私たちが見ている銀河の背後にあるプロセスをよりよく理解するのに役立ち、ひいては銀河の集団に関するモデルによりよい情報を提供します。