グレートウォールとフィラメント：宇宙の網

グレートウォールとは何か？

グレートウォールの定義と構成

観測可能な宇宙、つまり私たちが潜在的に観測できる宇宙の部分は、極めて広大です。 しかし、宇宙全体はさらに広大である可能性があり、観測可能な宇宙を超えた正確な広がりは不明です。

宇宙論者は、この広大な広がりの中のさまざまな構造に名前を付けました。 宇宙の内部は、銀河団、超銀河団、超銀河団複合体、宇宙フィラメント、グレートウォール、宇宙空洞で構成されています。

宇宙論において、「グレートウォール」という用語は、宇宙のいくつかの大規模構造を指します。 これらの構造は、数億光年にわたり、超銀河団、銀河群、銀河フィラメント、暗黒物質、および重力によって相互に接続されたガスの巨大な集まりです。 グレートウォールは必ずしも全体として重力的に結合した構造ではないことに注意する必要があります。例えばスローン・グレートウォールのようなものは、むしろ物質の整列であり、自身の重力の下で無限に維持されるわけではありません。

宇宙の主要なグレートウォール

最も広大なグレートウォールは、ヘルクレス座・かんむり座グレートウォール（約100億光年、最近の再評価によれば最大150億光年）、Huge-LQG（約40億光年）、スローン・グレートウォール（約13.7億光年）、CfA2グレートウォール（約5億光年）です。

このような構造の研究は、宇宙論者が宇宙の大規模な形成と進化、および「時空」における物質の分布をよりよく理解するのに役立ちます。 宇宙全体が無限であるか有限であるかという問題は、宇宙論において未解決のままです。

注：
私たちの銀河は「グレートウォール」に属しておらず、局所銀河群（天の川銀河、アンドロメダ銀河、さんかく座銀河、そしていくつかの矮小銀河）の一部であり、銀河の小さな集まりです。 これらの銀河は、おとめ座超銀河団と呼ばれる超銀河団の中で互いに重力で結びついています。 おとめ座超銀河団は、超銀河団の超銀河団として知られるラニアケアと呼ばれるさらに大きな構造に属しています。

主要なグレートウォールの比較

2024-2025年：新たな構造が議論を再燃させる

ジャイアントリング（Big Ring）、13億光年の円

2024年1月、当時セントラル・ランカシャー大学の博士課程学生であった天体物理学者アレクシア・ロペスとその同僚は、ジャイアントリング（Big Ring）と呼ばれる構造の発見を発表しました。 うしかい座の方向、地球から約92億光年の距離で確認されたこのほぼ完全な環状の構造は、直径約13億光年、周囲は40億光年以上あります。 これは、同じチームが2021年に発見した別の構造であるジャイアントアークと同じデータ、同じ天域、同じ距離で同定されました。

ジャイアントリングは、標準宇宙論モデルによれば重力で結合した宇宙構造に一般的に許容される最大サイズ、約12億光年をはるかに超えています。 その形状、ジャイアントアークとの整列、そしてその起源は未解明のままであり、一部の研究者は、時空の織物における仮説的なトポロジカル欠陥である宇宙ひもの可能性を、まだ推測的なものとして挙げています。

キプ、知られている中で最大の質量集中

2025年2月、天体物理学者ハンス・ベーリンガー（マックス・プランク地球外物理学研究所）が率いるチームは、近傍宇宙のフィラメント状超構造であるキプの発見を発表しました。この名前は、アンデス文明が情報を記録するために使用した結び目のある紐に由来します。 銀河団をX線放射によってマッピングするX線サーベイCLASSIXによって同定されたキプは、約13億光年（400メガパーセク以上）にわたり、約2億兆（2×10¹⁷）太陽質量、つまり天の川銀河の質量の約20万倍の質量を集中させています。

キプは、近隣の4つの超構造とともに、研究された局所体積の銀河団のほぼ45%と物質の約25%を集中させている一方、対応する空間の約13%しか占めていません。 この極端な質量集中は、ハッブル定数の測定に局所的に影響を与え、積分サックス・ヴォルフ効果を介して宇宙マイクロ波背景放射に測定可能な痕跡を残す可能性があります。

試される宇宙原理

宇宙原理は、非常に大きなスケールでは宇宙は均質かつ等方であると仮定しています。つまり、物質は比較的均一に分布し、約12億光年を超えるサイズの構造は存在しないはずです。 ヘルクレス座・かんむり座グレートウォール、ジャイアントリング、キプは、この理論的限界を超えているように見える増え続ける構造のリストの一部です。 一部の宇宙論者は、これらの天体は物理的に結合した構造ではなく、宇宙が膨張するにつれて消滅すると考えています。一方、他の研究者は、標準ΛCDMモデルを洗練させる、あるいは修正する必要があるシグナルであると考えています。議論は未解決のままであり、観測宇宙論の活発な研究分野を形成しています。

フィラメントとは何か？

銀河フィラメントの定義

宇宙論において、フィラメントは宇宙の最大の構造の一部です。
銀河フィラメントは、宇宙のスケールでの糸状の構造であり、銀河および／または銀河団、ガス、暗黒物質で構成されています。
私たちは、数十メガパーセク（3000万〜3億光年）のいくつかのフィラメントを知っています：かみのけ座フィラメント、ペルセウス座・ペガスス座フィラメント、おおぐま座フィラメント、やまねこ座・おおぐま座フィラメント、ラニアケアフィラメント、ケンタウルス座フィラメント、おとめ座フィラメント…

知られている宇宙フィラメント

ラニアケア、私たちの局所銀河群、ひいては天の川銀河を含む私たちの超銀河団は、特定の単一の主要な宇宙フィラメントに特に関連付けられているわけではありません。 それは重要なフィラメント状構造によって区切られており、これらの宇宙フィラメントによって他の超銀河団と接続されています。

注：
1メガパーセク（Mpc）は100万パーセクに相当します。 1パーセクは約3.26光年であり、したがって1メガパーセクは約326万光年に相当します。

超銀河団複合体とは何か？

超銀河団複合体の定義

超銀河団複合体は、銀河の超銀河団よりもさらに広大な宇宙構造です。 銀河の超銀河団は、重力で結合した銀河の大規模な集中であり、超銀河団複合体は、これらの大規模構造のさらに大きな集合体です。

ラニアケア、私たちの超銀河団複合体

私たちに関して言えば、超銀河団複合体うお座・くじら座は、大規模な空の観測によって同定された広大な宇宙構造です。 それはラニアケアとしても知られており、ハワイ語で「広大な開かれた空」を意味します。 この超銀河団複合体は、私たち自身の銀河の超銀河団、つまり天の川銀河が存在する局所銀河群を含むため、特に重要です。

ラニアケアは巨大で、約5億光年にわたって広がっています。 それはいくつかの銀河の超銀河団（おとめ座超銀河団、うしかい座超銀河団、へび座超銀河団、うみへび座・ケンタウルス座超銀河団など）をまとめています。

覚えておくべきこと

重力によって形作られた構造

超銀河団複合体、宇宙フィラメント、グレートウォールの形成は、宇宙の構造成長のプロセスと密接に関連しています。
当初、宇宙の「始まり」において、物質の密度の小さなゆらぎが時間の経過とともに重力によって増幅され、これらのさまざまな大規模構造の形成につながりました。

暗黒物質の重要な役割

暗黒物質の存在は、これらの構造の形成において決定的な役割を果たします。なぜなら、それは一種の「重力の接着剤」として機能し、ガスや銀河のような通常の物質を引き寄せ、まとめているからです。

標準モデルを揺るがし続ける発見

ジャイアントリングとキプの最近の発見、およびヘルクレス座・かんむり座グレートウォールのサイズの上方再評価は、非常に大きなスケールでの宇宙の地図作成が依然として活発な研究分野であることを示しています。 光学サーベイ、X線、ガンマ線バーストを組み合わせた将来のミッションは、これらの構造の物理的存在を確認または否定し、宇宙原理の限界を明確にすることを可能にするでしょう。