JWSTのCOSMOS-Web、宇宙の「網」を誕生10億年後まで描く最詳細地図に

NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、COSMOS-Web調査を通じて、宇宙の大規模構造をこれまでになく細かく描き出しました。カリフォルニア大学リバーサイド校によると、JWSTデータを使った天文学者チームは、銀河のネットワークを宇宙が約10億歳だった時代までたどる、最も詳細なコズミックウェブ地図を作成しました。

ただし、これはビッグバンそのものを直接見た地図ではありません。宇宙史のほぼ全体にまたがる「銀河の配置図」であり、そこから見えない物質の骨組みを読み取る成果です。

コズミックウェブとは何か

コズミックウェブは、宇宙の骨格のようなものです。暗黒物質とガスがフィラメント状、あるいはシート状に連なり、その間には巨大でほとんど何もない空洞が広がっています。銀河や銀河団は、この網のような構造に沿って結びついています。

大切なのは、JWSTが宇宙空間に光る網をそのまま撮影したわけではない、という点です。暗黒物質の大部分は光を出しません。そこで研究者は、多数の銀河がどこに集まっているかを測り、その分布から物質の大きな構造をたどります。銀河は、物質が濃い場所、特にフィラメントや密集した結び目に集まりやすいためです。

COSMOS-Webが地図作りを可能にした理由

今回の鍵は、COSMOS-Webが持つ「広さ」と「深さ」です。COSMOS-WebはJWST初期の大規模観測プログラムの一つで、満月3個分ほどの幅に相当する空域を1万回を超える露光でつなぎ合わせ、広い公開データでは約80万個の銀河を明らかにしたと報告されています。

公開されたCOSMOS-Webフィールドには、宇宙史のほぼ全体にわたる約80万個の銀河の画像とカタログが含まれています。また、250時間を超えるJWST観測データが処理済みで分析可能な形になっていることも、このプロジェクトの大きな強みです。

新しいコズミックウェブ研究は、その巨大なデータ資源の中から選ばれた銀河を使いました。ScienceDailyの報告では、研究者はCOSMOS-Webの16万4000個超の銀河を分析し、宇宙がまだ約10億歳だった時代まで網状構造をたどったとされています。銀河の位置を広い範囲で測り、異なる宇宙時代ごとに比較することで、物質がフィラメント、シート、銀河団、低密度領域へどう集まっていったかを地図化できるようになりました。

銀河形成を「環境」から見る

この地図の科学的な価値は、銀河を孤立した光点としてではなく、住んでいる「近所」と一緒に調べられる点にあります。コズミックウェブの密な結び目やフィラメントには暗黒物質とガスが集まり、空洞は比較的物質が少ない領域です。

そのため、研究者は銀河が密集したノードにあるのか、細長いフィラメント上にあるのか、それともより孤立した場所にあるのかを比べられます。これは、初期宇宙の銀河が周囲の環境によって成長のしかたや合体の頻度、ガスを得る経路を変えてきたのかを検証するための手がかりになります。

この視点は、COSMOS-Webが以前から示していた謎にもつながります。2025年の公開データでは、予想の約10倍の初期銀河が見つかったと報じられました。また、約80万個の銀河カタログは、幼い宇宙に関する従来の考え方に問いを投げかけるものとされています。より詳細なコズミックウェブ地図があれば、こうした初期銀河の多さが大規模構造と関係しているのか、単に個別の「驚き」として扱うべきなのかを調べやすくなります。

暗黒物質について何が分かるのか

この地図は、暗黒物質が何でできているかを突き止めたものではありません。示しているのは、暗黒物質が重力を通じてつくる宇宙の骨組みです。コズミックウェブは暗黒物質とガスのネットワークであり、銀河や銀河団はその中でも特に物質が濃い場所を示す目印になります。

関連するCOSMOS-Web研究も、同じ絵を別の角度から補強しています。JWST画像を用いた弱重力レンズ効果による質量マッピングでは、銀河団、フィラメント、低密度領域にある暗黒物質を、従来の宇宙望遠鏡サーベイの2倍超の解像度でたどり、赤方偏移 z ≈ 2 まで到達しました。銀河の分布図と質量地図を合わせることで、見える銀河と見えない物質が宇宙時間の中でどう織り合わされてきたかを調べられます。

なぜJWSTはハッブルよりこの仕事に向いているのか

ハッブル宇宙望遠鏡の深宇宙画像は、遠方銀河の研究を大きく変えました。ただ、最も古く遠い銀河を探すうえでは、JWSTの赤外線観測が大きな利点になります。初期銀河から出た光は、宇宙膨張の中を長く進むうちに赤外線側へ引き伸ばされます。NASAのウェッブ関連資料も、こうした非常に遠い天体を観測するには赤外線装置が重要だと説明しています。

さらに、JWSTの赤外線視野は、ハッブルのデータと組み合わせることで、より遠方まで深く観測できるものとして紹介されています。

COSMOS-Webでは、この赤外線の強みが広い観測面積と組み合わされました。計画段階では、JWSTの近赤外線カメラ（NIRCam）で0.6平方度、つまり満月約3個分の空域を写し、同時に中間赤外線観測装置（MIRI）でより小さい0.2平方度を調べる設計でした。公開されたCOSMOS-Web地図は0.54平方度の空を覆い、これは地上から見た月の見かけ面積の約3倍にあたります。

広い視野、深い赤外線画像、高い解像度。この組み合わせがあったからこそ、JWSTは個々の銀河の検出を、大規模構造を統計的に読む地図へと変えられたのです。

以前のCOSMOS-Web成果が築いた土台

今回のコズミックウェブ地図の前に、COSMOS-Webはすでに遠方宇宙の巨大な公開アトラスを生み出していました。COSMOS共同研究チームは2025年、約80万個の銀河を含む画像とカタログを、オープンサイエンスの資源として公開しました。

その中には、約130億年前の姿として見えている銀河も含まれます。COSMOS-Webの合成画像は約135億年前までさかのぼると報告されており、NASAは宇宙の年齢を約138億年としています。

この公開の意義は、規模と再現性にあります。小さな視野だけでは、珍しい初期銀河や巨大な構造を見落としやすくなります。一方で、処理済みデータが公開されていれば、研究者だけでなく関心のある人々も、生の望遠鏡ファイルから始めずに分析へ進むことができます。

「137億年を地図化」の読み方に注意

一部の報道では、今回の成果を「137億年にわたるコズミックウェブの地図」と表現しています。ただし、より正確には、この地図が銀河ネットワークをたどったのは、宇宙が約10億歳だった時代までです。

別のCOSMOS-Web成果は、ルックバックタイムで約135億年前まで届くと報告されています。しかし今回のコズミックウェブ地図を、ビッグバン直後の最初の瞬間から現在までを完全に描いた地図と読むのは行き過ぎです。

それでも成果の重みは小さくありません。JWSTは、宇宙誕生から約10億年後という非常に早い時代まで、大規模構造の地図を押し広げました。しかも、その土台には多くの研究者が利用できる大規模な公開銀河アトラスがあります。今回のポイントは、1枚の魔法のような画像ではなく、広い赤外線観測、深い銀河カタログ、そして公開データが組み合わさったことで、銀河を手がかりに宇宙の見えない足場を読む道が開けたことにあります。