観測可能な宇宙とは：定義・可視宇宙との違い・大きさ（半径・距離）と年齢

観測可能な宇宙とは何か―可視宇宙との違い、半径・距離・年齢を最新データと図解でわかりやすく解説。

ビッグバン宇宙論における観測可能な宇宙とは、理論上、現在の観測者（ここでは地球にいる観測者）から光やその他の信号が到達し得る領域を指します。具体的には、宇宙膨張が始まって以降に放たれ、観測者に到達するまでに時間の余裕があったあらゆる信号が含まれます。観測可能な宇宙は、宇宙全体の形状にかかわらず観測者を中心とした球体の体積（ボール）のことであり、宇宙の任意の場所にいる観測者ごとにそれぞれの観測可能領域が存在します。これらの球は互いに重なっている場合もあれば、重なっていない場合もあります。

「観測可能」とは何を意味するか

観測可能という語は、現代の技術が実際にその領域からの放射線を検出できるかどうかを直接意味するものではありません。ここでの意味は、理論的にその物体から出た光や信号が地球上の観測者に届くことが原理的に可能である、ということです。実際には検出感度や観測波長、遮蔽などの理由で見えないものが多くあります。例えば、私たちが直接観測できる最も遠方の電磁的痕跡は、原始宇宙が光子に対して透明になった時点に由来する放射です。それ以前の宇宙は光子に対して不透明なプラズマで満たされており、光子は頻繁に散乱・吸収されていたため自由に伝搬できませんでした。

可視宇宙（可観測光学的領域）と観測可能な宇宙の違い

天体物理学者はしばしば次のように区別します。

• 可視宇宙：再結合（最後散乱面）以降に放出された電磁波（例えば宇宙背景放射やその後に放たれた光）によって到達可能な領域。これは実質的に「私たちが光学的に見ることのできる宇宙」の範囲に相当します。
• 観測可能な宇宙：宇宙論的膨張の始まり（現代の宇宙論ではインフレーション期の終わりなど）以降に放たれたあらゆる種類の信号（光子に限らない）が到達し得る領域。可視宇宙よりも若干大きくなることがあります。

数値で表すと、可視宇宙の半径は約140億パーセク（約457億光年）であるのに対し、観測可能な宇宙の端までの共役距離（comoving distance）は約143億パーセク（約466億光年）とされ、約2%ほど大きくなります。これらは「現在の距離（今の瞬間における宇宙のスケールでの距離）」として与えられる値です。

距離の種類と「年齢×光速」との違い

「宇宙年齢」と「観測可能な領域の現在の半径」が直感に反して一致しない理由は、膨張する宇宙において距離の定義が複数あり、それぞれ意味が異なるためです。主なものを簡単にまとめます。

• 光行程距離（lookback distance）：ある天体からの光が放たれてから到達するまでに経過した時間（光が往復した時間に光速cを掛けたものに相当）。宇宙年齢に近い概念で、再結合面から来た光の光行程は約138億年です。
• 適正距離 / 固有距離（proper distance, 現在の距離）：現在の宇宙膨張を考慮したときに測った「今の瞬間」の距離。膨張のため、光が放たれた当時よりも遥かに大きくなっていることがあります。観測可能な宇宙の半径や可視宇宙の現在の距離はこの定義で与えられます。
• 共役距離（comoving distance）：膨張因子を除いた距離で、時間とともに変化しない座標距離。観測可能領域の「大きさ」を比較するときにしばしば使われます。

その結果、宇宙年齢（約138億年）を光速で単純に掛けた値（約138億光年）は「今現在私たちが見ている物体の距離」とはならず、現在の距離（適正距離）は遥かに大きくなりうるため、観測可能な宇宙の半径が約460億光年程度になる理由が説明されます。

宇宙年齢と代表的な数値

2013年やそれ以降の宇宙背景放射観測（特にプランク衛星など）に基づく現在の最良推定では、宇宙年齢は約138億年（約1.38×10^10年）です（例えばPlanck 2018の値は13.797±0.021×10^9年）。これを踏まえた代表的な距離推定は次の通りです。

• 可視宇宙の半径（再結合以降の光が届く範囲、現在の距離換算）：約140億パーセク（約457億光年）
• 観測可能な宇宙の端までの共役距離（particle horizon の現在の共役距離）：約143億パーセク（約466億光年）
• 観測可能な宇宙の直径（現在の距離換算）：約280億パーセク（約930億光年）

観測の限界、将来の観測、重なり

現在の宇宙論モデル（ΛCDM）では、遠方の銀河は時間とともにさらに遠くへ離れていきます。結果として、将来的に我々が受け取ることのできる信号の範囲は有限であり、宇宙には「事象地平線（event horizon）」が存在します。事象地平線の内側からの信号は将来の任意の時点で到達し得ますが、その外側からの信号は今後いかなる時刻でも到達しません。これは観測可能な宇宙（過去からの到来信号の集合）と将来に観測可能となる領域の違いを生みます。

また、各観測者にとっての観測可能領域はその位置に依存します。遠方にいる別の観測者の観測領域と我々のそれは重なっている部分もありますし、重なっていない部分もあります。大規模一様性（宇宙の等方性・一様性）を仮定すると、統計的性質はどの観測者も同じですが、観測できる具体的な領域は観測者ごとに異なります。

まとめ（ポイント）

• 観測可能な宇宙は「地球から理論的に光や信号が到達しうる領域」を指す。観測者を中心とした球体である。
• 可視宇宙は再結合以降に放たれた電磁波で到達可能な領域を指し、観測可能な宇宙より若干小さい。
• 宇宙年齢は約138億年だが、膨張のため観測可能な領域の現在の半径はそれを単純に光速で掛けた値よりもはるかに大きく、現在の推定では半径で約460億光年程度である。
• 将来の観測可能領域には事象地平線による制限があるため、今後届く信号の範囲は有限である。

質問と回答

Q:ビッグバン宇宙論とは何ですか?

Q: 観測可能な宇宙とは何ですか?

Q:光はどこまで見えるの?

Q: 可視宇宙と観測可能宇宙の違いは何ですか?

Q: 可視宇宙の半径はどのくらいですか?

Q: 宇宙の年齢は何歳だと推定されていますか?

文字で検索