もし宇宙の広がる速さが違ったら、星や銀河はできたのか

宇宙は今も広がっていて、その広がりはダークエネルギーによって速まっています。もしこの「広げる力」がもっと強かったら、星や銀河は生まれたのでしょうか。これは想像だけの話ではなく、1987年から計算とシミュレーションで調べられてきた問いです。この記事では、計算でわかっていることだけを書き、想像は想像と分けます。

01 わかっていること広がる速さが違うと、なぜ星ができなくなるの？

星や銀河は、宇宙のはじめの小さなむらに物質が重力で集まってできました。宇宙が速く広がりすぎると、物質が集まりきる前に引き離されてしまいます。逆に、物質が多すぎて広がりにブレーキがかかりすぎると、宇宙は広がるのをやめてつぶれることもあります[1]。

宇宙の広がり方は、中に入っている物質とダークエネルギーの量で決まります。物質は重力で広がりにブレーキをかけ、ダークエネルギーは広がりを速めます。今の宇宙では、ダークエネルギーが中身の約69%、物質が約31%です[6]。

物質が集まって銀河になるのは、ブレーキ役の物質が多かった時代です。ダークエネルギーの効果が強くなるのが早すぎると、その時代が短くなり、銀河が育つ時間がなくなります[1]。

02 どうやってわかったのかどんな計算で確かめたの？

1987年のWeinbergの計算から始まり、ダークエネルギーの強さを変えた宇宙で物質がどれだけ集まるかが調べられてきました。2018年には、銀河づくりの細かいシミュレーションで、今の300倍までの宇宙が計算されています。

03 数字と例えでいうとどれくらい違うと星ができなくなる？

ダークエネルギーが今の10倍でも、星のでき方はあまり変わらないと計算されています。どこで星ができなくなるかの境目は、宇宙のはじめのむらの大きさしだいで、1つの数字には決まりません。

「約2.2倍」は、Planck衛星の観測値（ダークエネルギー68.5%、物質31.5%）の比から計算しました。

04 まだわかっていないことなぜ私たちの宇宙は、この速さなの？

なぜダークエネルギーが今の強さなのかは、わかっていません。素粒子の理論から見積もると、観測より何けたも大きくなってしまい、その差を説明する理論はまだありません[7]。

• 人間原理は正しいのか「星や人が生まれる宇宙でなければ、そもそも観測する人がいない。だから値はこの範囲にある」という考え方です。ほかの値の宇宙が本当にあるのか（多宇宙）を確かめる方法がなく、科学の説明として認めるかどうかで研究者の意見は分かれています。Barnesらも、ダークエネルギーの影響は値を説明できるほどはっきりしていないと書いています[3]。
• ダークエネルギーの正体宇宙定数のように一定なのか、時間とともに変わるのかもわかっていません（ダークエネルギーの記事）。
• 生命まで考えるとこの記事の計算は「星や銀河ができるか」までです。生命が生まれる条件はわかっていないので、「広がる速さが違ったら生命はいたか」には、計算で答えられません。ここから先は想像の領域です。

05関連する記事

06よくある質問

宇宙の膨張がもっと速かったら、星は生まれなかった？

ダークエネルギーがずっと強ければ、物質が集まる前に宇宙が広がりすぎて、銀河や星はできないと計算されています（Weinberg 1987）。ただし今の10倍程度なら、星のでき方への影響は小さいというシミュレーションもあります（Barnesら 2018）。

ダークエネルギーがなかったら、宇宙はどうなっていた？

EAGLEシミュレーションでは、ダークエネルギーがない宇宙でも、今までの星のでき方はほぼ同じでした。違いが出るのは主にこれから先で、星の総数が約15%変わる程度と計算されています（Salcidoら 2018）。

人間原理とは何？

「星や人が生まれる宇宙でなければ観測する人がいないので、宇宙の値はその範囲にある」という考え方です。ほかの値の宇宙があるかを確かめる方法がないため、確かめられた事実ではなく、説明の1つの考え方として扱われています。

宇宙の値を変えて試せる道具はある？

このサイトの「宇宙をつくるシミュレーター」で、物質・ダークエネルギー・むらの大きさを変えて、ビッグバンから星ができるかを試せます。登録不要で、ブラウザの中だけで計算します。単純化した計算なので、結果は目安です。

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