我々の体を作る元素は星の爆発から作られる。最新研究が解き明かした宇宙の錬金術

わたしたちの体や地球を構成する元素の多くは、星の爆発によって宇宙に放出されている。この「宇宙の錬金術」の仕組みを解き明かす2つの最新研究がイギリスのサリー大学から発表された。大質量星の超新星爆発と、中性子星表面で繰り返し起こる熱核爆発という、2種類の爆発メカニズムに関する精密な実験結果である。

第一の研究は、寿命を終えた大質量星が起こす超新星爆発に焦点を当てている。放射性元素「チタン44」の生成過程に着目した研究チームは、アメリカ・イリノイ州のアルゴンヌ国立研究所において、この元素の生成量を左右する核反応を初めて精密に測定した。予想外の発見は、この反応が従来考えられていたよりもずっとゆっくり進むということだった。反応速度が遅い分、チタン44は壊されずに残りやすくなる。この測定値を基にコンピューターモデルを修正したところ、超新星爆発によるチタン44の生成予測量は最大35%増加した。チタン44は半減期が約60年と比較的長く、ガンマ線を放出し続けるため、爆発から長い時間が経った後でも宇宙望遠鏡で観測できる。つまり、この元素の分布を観測することで、超新星爆発が実際にどのような規模と形態で元素を作り、宇宙空間にばらまいたのかを逆算できる。今回の研究成果は、その観測データの解釈精度を大きく向上させる。

第二の研究は、中性子星の表面で発生する「I型X線バースト」と呼ばれる熱核爆発を対象としている。中性子星とは、重い星が爆発した後に残される超高密度の天体で、直径わずか20km程度の大きさに太陽の1倍から2倍の質量が詰め込まれている。この中性子星が隣の星からガスを強力な重力で吸い上げると、その物質が表面に衝突する際に巨大な熱核爆発が引き起こされ、重い元素が作られる。研究チームはミシガン州立大学の施設で、このX線バーストの核反応をこれまで以上に精密に測定した。その結果、星の爆発中に物質が重い元素へと変化していく過程で、「ニッケル・銅サイクル」と呼ばれる特定の反応経路に一時的に留まることが確認された。このサイクルに物質が留まるかどうか確証がなかったが、今回の精密な研究により、物質が確実にこのサイクルに留まること、ただしその割合はごくわずかであることが示された。

こうした基礎研究の進展は、やがて宇宙探査ミッションにおける観測データの解析精度向上につながると考えられる。同時に、こうした研究の成果は、将来的に宇宙資源探査や天体観測機器の開発へも波及する可能性がある。日本の製造業、特に精密機械や光学系部品、耐熱材料を扱う企業にとっては、こうした宇宙科学の深化が、次世代の探査機器や観測装置の部品需要をもたらす遠い道筋として認識しておく価値がある。星の爆発がどのように元素を作るのかという根本的な理解が進むことで、宇宙産業全体の技術基盤が少しずつ厚くなっていくのである。

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