新しい研究は、宇宙は人々が長い間考えてきたよりもはるかに「均一で対称的」ではない可能性があることを示しています。この結論は、「ΛCDM」（Λ-cold dark matter）に代表される標準宇宙モデルの大前提を揺るがすものである。長年にわたり、科学界はいわゆる「宇宙原理」を一般に受け入れてきました。つまり、十分に大きなスケールでは、宇宙はどの方向でもほぼ同じであり、物質の分布は全体的に均一です。 ΛCDM モデルはこの仮定に基づいており、「Λ」は宇宙の加速膨張を引き起こすと考えられている謎の「暗黒エネルギー」を表し、「CDM」は光の速度よりもはるかに遅い速度で移動する冷たい暗黒物質を指します。しかし、新しい証拠は別の可能性を示しています。それは、宇宙が大規模に「歪んで」おり「非対称」である可能性があるということです。
この論争の核心は、いわゆる「宇宙双極子異常」です。それを理解するには、宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) から始めなければなりません。これは、ビッグバンから約 38 万年後、光子が自由に移動できるほど宇宙が冷えたときに残された微弱な放射の残留物です。それは現代宇宙論の最も重要な観測の基礎の 1 つとみなされています。 CMB は全体として非常に均一ですが、「異方性」と呼ばれる非常に微妙な温度変動があります。最も重要なのは「双極子異方性」です。空の一方の側はわずかに暖かく、もう一方の側はわずかに冷たくなっています。長い間、科学者たちはこの画像を、太陽系が宇宙の「静止基準系」に対して相対的に移動しており、その結果ドップラー効果と同様の温度差が生じていると解釈してきました。
この説明が真実であれば、非常に遠い銀河やクェーサー内の物質の分布も、CMB と同様の双極子パターンを示すはずです。このアイデアは 1980 年代に宇宙学者のジョージ エリスとジョン ボールドウィンによって提案され、後に「エリス-ボールドウィン テスト」と呼ばれるようになりました。標準モデルの期待によれば、物質分布双極子の方向と強度は CMB 双極子と一致し、完全に一致している必要があります。しかし、新しい研究では、確かに方向は概ね一致しているものの、「大きさ」には重大な矛盾があることが判明しました。つまり、遠方の物質の分布で観察された双極子強度は、既存の宇宙論モデルの予測をはるかに上回っています。
この違いを深く調べるために、研究チームは140万個以上のクエーサーと約50万個の電波源からのデータを分析した。結果は、この異常な信号の統計的有意性が 5σ (「ファイブ シグマ」) 基準を超えていることを示しました。これは、純粋に偶然の一致である確率は非常に低く、約 350 万分の 1 にすぎないことを意味します。素粒子物理学や宇宙論の分野では、通常5σが「発見」の閾値とされています。欧州原子核研究センター（CERN）もヒッグス粒子の発見を発表した際に同じ基準を採用した。この研究の共著者であるオックスフォード大学のスビル・サーカー教授は、「この問題はもはや無視できない。FLRW指標自体の妥当性が今や疑わしい！」と率直に述べた。
フリードマン、ルメートル、ロバートソン、ウォーカーの 4 人の科学者にちなんで名付けられた、いわゆる FLRW 計量は、アインシュタインの一般相対性理論の枠組みの下で膨張する宇宙を記述するための数学的基礎です。この計量も「宇宙は大規模に均一かつ等方性である」という前提に基づいており、ΛCDM標準宇宙論モデルの中核を成すものとなっている。宇宙が大規模なスケールで体系的に非対称であることが観測によって最終的に確認された場合、FLRW 仮説に基づいて記述された宇宙の全体構造はもはや正確ではない可能性があります。
これは単なる数学的いじりの問題ではなく、「ダーク エネルギー」などの重要な概念のステータスにも直接影響します。現在の標準モデルでは、ダークエネルギーが宇宙の総エネルギーの約70％を占めており、宇宙の加速膨張を説明する重要な要素であると考えられている。しかし、ダークエネルギーはこれまでのところ「仮説」のレベルにとどまっており、直接の物理実験によって確認されていない。宇宙自体が真に等方性ではない場合、「暗黒エネルギーの証拠」として解釈される観測の一部は、実際には追加の物理的要素ではなく、宇宙の幾何学や大規模構造についての誤った仮定に由来している可能性があります。研究者のセバスティアン・フォン・ハウゼッガー氏は、「CMB等方性参照系において、遠方の天体自体が等方性でない場合、それは宇宙論の原則に直接違反することになる…つまり、出発点に戻ってやり直さなければならないことを意味する」と指摘した。
興味深いことに、世間で広く議論されている「ハッブル張力」問題と比較して、「宇宙双極子異常」はこれまでのところあまり注目されていません。いわゆるハッブル張力は、宇宙の膨張率（ハッブル定数）の 2 つの主要な測定方法間の明らかな偏差を指します。CMB などの宇宙初期の信号から推定された値は、近くの超新星や銀河の観測に基づいた「宇宙後期」の推定値よりも大幅に低くなります。しかし、ハッブル張力の主な課題は、宇宙の膨張率の正確な値です。対照的に、この双極子の異常は、宇宙が最大スケールで本当に「統計的に均一」であるかどうかという、より根本的な点を示しています。
今後数年間で、多くの主要な天体観測プロジェクトがこの論争の重要な証拠を提供すると予想されています。欧州宇宙機関のユークリッド衛星は、暗黒エネルギーと宇宙の大規模構造を研究するために、数十億の銀河の三次元分布をマッピングしています。 NASA の SPHEREx ミッションでは、銀河の形成と宇宙構造の起源に関する手がかりを得るために、赤外線波長で空全体をスキャンします。チリのベラ C. ルービン天文台は、暗黒物質やさまざまな一時的な天体現象を研究するために南の空のスキャンを続けます。国際協力によって構築された超大型電波望遠鏡であるスクエアキロメートルアレイ（SKA）は、前例のない感度で宇宙の大規模構造を分析します。同時に、機械学習などの新しい手法は、科学者がこれらの「異常な観測」を説明できる新しい宇宙論モデルを構築するのに役立つと期待されています。
今のところ、この研究から得られる最も重要なシグナルは、宇宙は私たちが考えているよりもはるかに複雑である可能性があること、つまり宇宙はそれほど単純ではなく、対称的で、均一ではない可能性があるということです。追跡観測によってこれらの発見がさらに確認された場合、人類は現在の標準的な宇宙論モデルを再検討する必要があるだけでなく、宇宙の進化におけるダークエネルギーの役割についての理解を全体的に書き換えなければならないことさえあるかもしれない。