宇宙の大規模構造「コズミックウェブ」とは？銀河フィラメントと巨大ボイド入門【DESI・Euclid】

銀河は宇宙にバラバラに散らばっているわけではありません。
最新の観測とシミュレーションによれば、銀河や銀河団は糸状・膜状の「コズミックウェブ（宇宙の蜘蛛の巣）」を形作り、その間を巨大な空洞（ボイド）が埋めていることが分かってきました。:contentReference[oaicite:0]{index=0}

本記事では、一般の宇宙好き向けに、

• コズミックウェブの構造（フィラメント・シート・ボイド）
• どうやって見つかったのか（銀河サーベイとシミュレーション）
• DESI・Euclidなど最新プロジェクトが何をしようとしているのか
• ダークマター・ダークエネルギー研究との関係

を整理して解説します。

目次

• 1. 結論（要点）
• 2. 宇宙は「泡」と「糸」からできている？大規模構造のイメージ
• 3. フィラメント・シート・ボイド：コズミックウェブの構成要素
• 4. どうやって分かった？銀河サーベイとスーパーコンピュータ
• 5. DESI：600万個の銀河で描く3D宇宙地図
• 6. Euclid：ダークユニバースをマッピングする宇宙望遠鏡
• 7. 巨大ボイドは「何もない空間」ではない
• 8. コズミックウェブ研究が教えてくれること
• 9. 関連記事（宇宙シリーズ）
• 10. 出典・参考リンク

1. 結論（要点）

• 宇宙の大規模構造は、銀河フィラメント・シート・ボイドが織りなす「コズミックウェブ」として理解されており、体積の約9割以上はボイドが占めていると見積もられています。:contentReference[oaicite:1]{index=1}
• この構造は、初期宇宙の小さな密度ゆらぎが、重力の作用で時間とともに増幅されることで形成されたもので、ダークマターが「骨組み」として重要な役割を果たしています。:contentReference[oaicite:2]{index=2}
• 地上のDESI（Dark Energy Spectroscopic Instrument）は、約600万個の銀河・クエーサーからなる史上最大の3D宇宙マップを作成し、宇宙膨張史とダークエネルギーの性質を1％未満の精度で測り始めています。:contentReference[oaicite:3]{index=3}
• 宇宙望遠鏡Euclidは、2030年までに15億個以上の銀河を含む宇宙の3D地図を作成し、コズミックウェブの全体像とダークマター分布を前例のない精度で明らかにする計画です。:contentReference[oaicite:4]{index=4}
• コズミックウェブとボイドは、ダークエネルギー・修正重力・ニュートリノ質量など、標準宇宙論を超える物理を検証する強力な「実験場」になりつつあります。:contentReference[oaicite:5]{index=5}

2. 宇宙は「泡」と「糸」からできている？大規模構造のイメージ

宇宙を非常に大きなスケール（数億〜数十億光年）で眺めると、銀河はランダムには並んでいません。
観測とシミュレーションを重ねると、次のような構造が浮かび上がります。

• 銀河団や銀河群が、糸状のフィラメントに沿って連なっている
• フィラメント同士が交差するところに、大きな銀河団や超銀河団がある
• その間を、銀河がほとんど存在しない巨大な空洞（ボイド）が埋めている

この網目状の構造をまとめてコズミックウェブと呼びます。NASAの解説では、「シートとフィラメントが泡の表面を成し、その中身がボイドになっている“泡構造”」として紹介されています。:contentReference[oaicite:6]{index=6}

3. フィラメント・シート・ボイド：コズミックウェブの構成要素

コズミックウェブは、大きく以下の3種類の構造で説明されます。

• フィラメント（filament）：銀河や銀河団が数千万〜数億光年スケールで連なる「宇宙の糸」。ダークマターがつくる重力の溝に沿って物質が集まり、星や銀河が誕生しやすくなっています。:contentReference[oaicite:7]{index=7}
• シート（sheet）：フィラメントよりも広がりを持つ「宇宙の壁」。複数のフィラメントが連結した境界面のような構造で、その厚みの両側にはボイドが広がっています。:contentReference[oaicite:8]{index=8}
• ボイド（void）：銀河密度が平均より極端に低い巨大空洞。直径20Mpc（数千万光年）クラスの小さなものから、数億光年〜10億光年規模の巨大ボイドまで観測されています。:contentReference[oaicite:9]{index=9}

体積で見ると、こうしたボイドが全宇宙の9割以上を占めており、銀河は「ほとんど何もない空間の境界面」に薄く張り付いているに過ぎない、というのが現在の描像です。:contentReference[oaicite:10]{index=10}

4. どうやって分かった？銀河サーベイとスーパーコンピュータ

コズミックウェブの存在がはっきりしてきたのは、1990年代〜2000年代にかけて行われた大規模銀河サーベイと、スーパーコンピュータによるN体シミュレーションのおかげです。

• Sloan Digital Sky Survey（SDSS）などの大規模サーベイが、何十万〜数百万個の銀河の3D分布（位置＋赤方偏移）をマッピングし、「壁」と「空洞」が繰り返す泡状構造を明らかにした。:contentReference[oaicite:11]{index=11}
• N体シミュレーションでは、ダークマター粒子を数十億〜数兆個扱い、重力だけで進化を追っても、観測とよく似たコズミックウェブが再現されることが示された。:contentReference[oaicite:12]{index=12}

これらの結果は、「ダークマターが宇宙の骨組みを作り、その溝に沿ってガスが流れ込み銀河が生まれる」という標準的な構造形成シナリオを強力に支持しています。

近年では、AIベースのクラスタリング手法などを使い、観測データからフィラメント・ボイドを自動抽出する研究も進んでいます。:contentReference[oaicite:13]{index=13}

5. DESI：600万個の銀河で描く3D宇宙地図

DESI（Dark Energy Spectroscopic Instrument）は、アメリカ・キットピークの望遠鏡に搭載された多天体分光器で、銀河やクエーサーの赤方偏移を一気に測定するプロジェクトです。

• 5000本の光ファイバーで、一度に5000天体のスペクトルを取得。
• 2024年の初期結果の時点で、すでに約600万個の銀河・クエーサーの3D分布をマッピング。:contentReference[oaicite:14]{index=14}
• 110億年分の宇宙膨張史を1％未満の誤差で測定し、ダークエネルギーの正体に迫ろうとしている。:contentReference[oaicite:15]{index=15}

DESIが作る3Dマップには、フィラメント・ボイド・銀河団が網目状に並ぶコズミックウェブの姿がそのまま刻まれています。
さらに、この分布に含まれる「バリオン音響振動（BAO）」という特徴的なスケールを測ることで、宇宙の膨張率と幾何学的な性質が高精度で分かります。

6. Euclid：ダークユニバースをマッピングする宇宙望遠鏡

一方、宇宙空間からコズミックウェブを覗こうとしているのが、ESAの宇宙望遠鏡Euclid（ユークリッド）です。

• 2023年7月打ち上げ、太陽—地球系L2点付近で観測中。
• 約6年間で天空の3分の1以上を撮像し、15億個以上の銀河を含む3D宇宙地図を作成する計画。:contentReference[oaicite:16]{index=16}
• 2024〜2025年にかけて公開された初期画像・初期データだけでも、何百万〜何千万個もの銀河がコズミックウェブに沿って並ぶ様子が鮮明に映し出されている。:contentReference[oaicite:17]{index=17}

Euclidは、銀河の形のわずかな歪み（重力レンズ効果）からダークマター分布を推定し、時間とともに形成されてきたコズミックウェブの「ダーク版地図」を作る使命を担っています。

これにより、

• ダークマターがどのようにフィラメントとボイドを形作ったか
• ダークエネルギーが宇宙膨張と構造成長にどう影響してきたか

について、これまで以上に厳しいテストが可能になります。

7. 巨大ボイドは「何もない空間」ではない

ボイドはしばしば「ほとんど何もない宇宙の空洞」と説明されますが、実は完全な真空ではありません。

• 最も小さなボイドでも数千万光年、最大のものは数億〜10億光年スケール。
• その内部にも、暗い矮小銀河や希薄なガス、ダークマターの淡いフィラメントが存在していると考えられています。:contentReference[oaicite:18]{index=18}

近年の研究では、ボイドは

• 標準重力（一般相対論）と修正重力理論の違いが出やすい
• ニュートリノの総質量やダークエネルギーの性質に敏感

といった理由から、新しいタイプの宇宙論的「実験場」として注目されています。:contentReference[oaicite:19]{index=19}

8. コズミックウェブ研究が教えてくれること

コズミックウェブを詳しく調べることは、単に「宇宙の地図を作る」以上の意味があります。

• ダークマターの性質：フィラメントの太さ・ボイド内部の構造などから、ダークマターが「冷たい」のか「やや温かい」のか（運動のしやすさ）が制約される。
• ダークエネルギー・重力理論の検証：時間とともに構造がどのように成長してきたかを測ることで、一般相対論とΛCDMモデルが正しいかどうかをテストできる。DESIの最新結果は、少なくとも現時点ではアインシュタイン重力と整合的であることを示している。:contentReference[oaicite:20]{index=20}
• 初期宇宙のゆらぎ：コズミックウェブのパターンは、ビッグバン直後の密度ゆらぎがどのような分布だったかに敏感で、インフレーション理論の検証にもつながる。

JWSTは、宇宙初期に形成された「最初期のコズミックウェブの糸」をすでにとらえ始めており、「蜘蛛の巣」がどのように成長してきたのかという物語も、少しずつ明らかになりつつあります。:contentReference[oaicite:21]{index=21}

9. 関連記事（宇宙シリーズ）

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10. 出典・参考リンク

• NASA Imagine the Universe!「Sheets and Voids」：宇宙の泡状構造とボイドのサイズ・体積比の解説。:contentReference[oaicite:22]{index=22}
• Fiveable「Cosmic web: filaments, sheets, and voids」：フィラメント・シート・ボイドから成るコズミックウェブの基本解説。:contentReference[oaicite:23]{index=23}
• V. Springel, “The large-scale structure of the Universe” ほか：N体シミュレーションによる大規模構造形成のレビュー。:contentReference[oaicite:24]{index=24}
• DESI公式・Berkeley Lab／Fermilabプレスリリース：600万天体からなる3D宇宙マップとBAO解析の初期結果。:contentReference[oaicite:25]{index=25}
• ESA／Euclid Consortium・Caltech Euclidサイト・各種ニュース（Reutersほか）：Euclidのミッション概要と初期データ公開・大規模構造マップ。:contentReference[oaicite:26]{index=26}
• NASA／Romanチーム「Cosmic voids: a novel probe…」、Space.com・Interesting Engineering等：ボイドの性質とダークエネルギー・重力理論テストへの応用。
• ESA Webb「Webb identifies the earliest strands of the cosmic web」：JWSTによる初期宇宙のコズミックウェブ観測。