赤方偏移

道端に立っていると、救急車がサイレンを鳴らして近づいてくるとします。近づくときの音は高くて鋭く聞こえます。ところが目の前を通り過ぎて遠ざかった瞬間、同じサイレンなのに音がすっと低くなります。

音は水の波のように広がる波です。車が近づくと、前へ進む波は詰めて押しつぶされて波長が短くなり、耳には高い音として届きます。反対に遠ざかると、後ろへ広がる波は引き伸ばされて波長が長くなり、低い音になります。

光も波なので、同じことが起こります。私たちから遠ざかる星の光は、波長が長くなった状態で届きます。目に見える光のうち波長が長い側は赤なので、光全体が赤い側へずれていきます。

このずれを赤方偏移と呼びます。サイレンが低くなるのと、同じ仕組みです。

サイレンが低くなったと気づくには、もとの音を知っている必要があります。サイレンがもともと「ピーポー」と二つの音を行き来すると知っているから、それより低く聞こえれば遠ざかっているのだと見当がつきます。

星の光も同じです。星の光をプリズムで広げると虹のような帯ができます。この帯をスペクトルと呼びます。その中には、ところどころに暗い縞が現れます。水素やカルシウムのような元素が特定の波長の光を吸い込んで残した跡です。この縞が現れる位置は、実験室で前もって調べておけます。

ところが遠い銀河の光を広げてみると、縞がそろって赤い側へずれています。サイレンの二つの音がいっしょに低くなったのと同じ姿です。ずれた距離 がそのまま、遠ざかる速さを教えてくれます。

また、遠い銀河ほど縞が大きくずれていることも確かめられました。遠くにある銀河ほど速く遠ざかっている、という意味です。

ここでサイレンのたとえが当てはまらなくなる場面があります。遠い銀河が赤くなるのは、銀河が道路の上を走っているからではありません。銀河と私たちのあいだの空間そのものが広がり、そこを通ってきた光の波長がいっしょに引き伸ばされた結果です。

サイレンにたとえるなら、救急車が逃げているのではなく、救急車と私のあいだの道路がぐんぐん伸びているようなものです。そのため、この赤くなる現象は宇宙論的赤方偏移と、別の名前で呼ばれます。星が実際に私たちから走って遠ざかって起こるドップラー赤方偏移とは、原因が違います。

すべての星の光が赤くなるわけでもありません。 アンドロメダ銀河のように近くにあって私たちのほうへ近づいてくる天体の光は、むしろ青い側へずれます。これを青方偏移といいます。

つまり、縞がどちらへずれたかを見れば、その天体が近づいているのか遠ざかっているのかを読み取れるのです。