初期の超新星、ビッグバンから1億年後の岩石惑星形成を促進か

宇宙の誕生からわずか1億年後、最初の超新星爆発が岩石惑星の構成要素となる重元素を周囲に散乱させていた。従来の想定では惑星形成は宇宙が数十億年経ってから本格的に始まると考えられていたが、イギリス・ポーツマス大学の最新研究は、その過程が予想をはるかに上回る早期に開始していた可能性を示唆している。

初期宇宙に存在した最初の星々は現在の星と比べて質量が巨大で、激しい爆発で終焉を迎えた。これらの爆発を「ポップIII超新星」と呼ぶが、その中でも「ペア不安定超新星」と呼ばれる種類は特に破壊的である。太陽の質量の100倍以上に相当する重い元素を一度の爆発で放出する威力を持つこの爆発は、周囲のガス雲を異常なほど高い濃度の重元素で濃縮させる。重力により崩壊したそのガス雲は、若い星の周りに物質の渦巻くディスクを形成する。こうした過程は、われわれの太陽系が形成された時のディスクと本質的に同じメカニズムであり、従来は何世代もの星の終焉を経て初めて可能になると想定されていた。

研究チームがコンピュータシミュレーションで実施した分析は、驚くべき結果を導き出した。太陽の約70パーセントの質量を持つ若い星の周りのディスクには、数個分の地球に相当する固体物質が、地球が太陽から受ける距離と同程度の場所に蓄積していた。さらに注目すべきは、そのディスク内に大量の水が存在していたことである。その量は太陽系形成時に存在した水の量の数分の一程度と考えられるが、決して無視できない規模である。つまり、そこで形成された惑星は地球と同じメカニズムで水を獲得できた可能性があり、その結果として生命を宿す環境が整いうるということだ。

このような条件が宇宙の極初期に存在したという発見は、星形成と惑星形成に関する既存の理解を大きく更新する意味を持つ。従来、岩石惑星は十分な重元素が宇宙全体に蓄積された後、つまり複数世代の星が誕生と終焉を繰り返した後にのみ形成されると想定されていた。しかし今回の研究結果は、最初の世代の星がもたらした爆発的な元素供給だけで、十分に複雑な惑星系が構成可能であったことを示唆している。この発見は同時に、宇宙史の早期段階において、生命が存在しうる環境がより広く形成されていた可能性をも示唆するものであり、宇宙における生命の出現時期に関する従来の考え方に新たな問題を提起している。

日本の素材・部品メーカーにとって、こうした基礎科学の発見は一見すると遠い宇宙物理の領域の話に見えるかもしれない。だが、宇宙産業が成熟する過程で、初期宇宙や惑星形成の謎に接近する探査技術や観測装置が求められるようになっていく。また、惑星の構成要素となる各種元素の役割が明らかになることで、将来の宇宙探査機や検査装置、さらには深宇宙探査に用いられる機器の材料仕様が変わる可能性もある。こうした科学的進展の先に、新たな産業需要が生まれうるという視点が、日本の宇宙産業サプライチェーンの長期的な事業計画を考える上で重要になる。

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