太陽が生まれたとき｜藤井 紫麻見

日本大学 理工学部 物理学科 教授

月は地球の周りを回り，そして地球をはじめとした太陽系の惑星は「太陽」というひとつの恒星の周りを回っています。では太陽は，いったいどのようにして生まれたのでしょう。

自らの重力でガスが集まる

太陽や地球が生まれる前のこと，宇宙空間には真っ暗な宇宙空間には「星間物質」と呼ばれるガスや細かいちりがたくさんが存在していました。これらを構成する水素（H）やヘリウム（He）は，自身が持つ熱のエネルギーによってふらふらと動き，互いに近づいたり離れたりしながら漂っています。ところがあるとき，事件が起こりました。ある1か所にたまたま密度高く集まったガスが，周囲より強い重力を持ち，さらに周りの星間物質を引き寄せ始めたのです。引き寄せられたガスの中心部は，どんどん密度が高まり，大きな重力を持つようになります。そうして広い範囲の物質を巻き込んで大きくなったかたまりは，中心部が周囲よりも高温，高圧になり，膨張しようとします。けれど，同時に自分自身の重力によって膨張する力は押さえ込まれ，2つの力がせめぎ合いながら，星間物質をさらに引き寄せていきました。そして十分に集まったとき，その内部温度は10～100万℃にもなり，ついに光を発します。

恒星の誕生

ガスが持つエネルギーが光として放出されることで，周辺部が冷えて，全体が収縮します。そうすることで，かたまりは「星」になるのです。このとき今の太陽の8％以下の質量しかないと，光の放出によって全体が冷えてしまい，褐色矮星と呼ばれる暗い星になります。しかし十分な質量があれば，収縮によって中心の温度はさらに上昇していきます。そして1000万℃に達したとき，星間物質を構成していた元素に大きな変化が起こります。密度が非常に高くなった中心部で，4つの水素（H）の原子核が融合し，ひとつのヘリウム（He）になるのです。この「核融合」反応は莫大なエネルギーを生み出し，強く光り輝く恒星となるのです。
こうして生まれた太陽の周りでは，さらにちりが集まってかたまりができ，それが絶えず衝突をくり返して，さらに大きなかたまりとなりました。8つの惑星を含む太陽系は，こうして誕生したのです。それを最後に肉眼で観測できたのは1987年のこと。2世紀に書かれた中国の歴史書『後漢書』にも記録されていますが，その間にある約1800年の歴史の中で，肉眼で見えたのは両手の指で数えられるほどしかありません。日本大学の藤井紫麻見さんは，その稀少な天文現象，超新星爆発を研究しています。

星の最期の大爆発

太陽のような恒星は，誕生から時間が経ち，核融合の燃料を使い尽くすと，重力によりどんどん収縮していきます。太陽程度の質量の星では収縮しきって暗い星，白色矮星となりますが，より重い星の場合，いずれ中心部の圧力が高まり，超新星爆発を起こします。その名前とは裏腹に，星の最期であるこの現象は，実は私たちとも大きく関わっているのです。腕時計やメガネに使われるTi（チタン），貴金属のAu（金）やAg（銀），Pt（プラチナ）。これらは，ほとんどが巨大な星の最期につくられた元素なのです。爆発の瞬間，中心部の超高密度な空間では陽子や中性子，電子の結合が起こり，Fe（鉄）より軽い元素から，重い元素が生成されていきます。それらはいずれ宇宙空間へと放出され，長い年月を経て今，私たちの手元に存在しているのです。

爆発のモデルをつくる

重い元素の多くは，非常に不安定な「放射性同位元素」というかたちでつくられます。それらは時間をかけて徐々に崩壊し，安定な元素へと変化していきます。これは放射性崩壊と呼ばれ，そのとき光として放出されるエネルギーが，超新星爆発の輝きを生んでいます。藤井さんは，爆発後の温度変化と，そこから生じる光の波長の変化を計算し，観測データと合わせて爆発のシミュレーションモデルをつくっています。そのモデルは，新たな超新星爆発が観測されたときに，もとの星の性質，生まれた元素の量や種類を知るための手がかりとなるのです。計算の結果，1987年の超新星爆発の際にはなんと地球質量の1万倍もの56Ni（ニッケル）が生まれていることがわかりました。

星の終わりが新たな星を生む

超新星爆発が生み出すのは，大量の元素だけではありません。その巨大なエネルギーは，周囲に存在するガスの分布に偏りを生みます。それがきっかけとなり，また新たな星が生まれていくのです。私たちの身の回りにあるものは，起源をたどってみれば，星々のかけらだったともいえます。星の最期が元素をつくり，新たな星を生んでいく。この地球も，その連鎖の中で生まれ　てきたのです。（文・西山 哲史）

協力:藤井 紫麻見(ふじい　しおみ)　プロフィール：

日本大学 理工学部 物理学科 教授。1992年に東京大学理学部天文学科にて博士課程修了。博士(理学)。日本学術振興会特別研究員(PD)，理化学研究所基礎科学特別研究員を経て，1995年日本大学に赴任。2007年より現職。