わたしと宇宙展

奇跡の星に生きる

宇宙コラム

宇宙は何からできているのか~未知の96%~開く

4%、23%、73%、この数字が何だか、皆さんおわかりになりますか?実は、宇宙を作っているものの比率なのです。4%は、私たちの体や地球、宇宙の星々を作っている物質です。それを細かく見ていくと、鉄や炭素といった元素になります。私たち人間が、「これは何か」がわかっている物質です。

 実は、宇宙を作っているこれ以外の96%の「もの」が何なのか、私たちにはまだわかっていないのです。

23%の方を、「ダークマター(暗黒物質)」といいます。例えば私たちの天の川銀河もこのダークマターがないと、美しい渦を巻きながらまとまっていることができません。太陽系も銀河系の中を毎秒220キロメートルのスピードで公転し、動いているのですから、天の川銀河に星々を引きつける大きな力がなければ、すぐバラバラになってしまいます。その力=重力を計算すると、目に見える物の他に、何かが23%なくてはならないのです。

その一方で宇宙は今も膨張を続けています。その宇宙を膨張させる力を「ダークエネルギー(暗黒エネルギー)」といいます。大きな重力を持つ銀河同士は、互いに引き合って衝突し、一つになります。実は、私たちの天の川銀河と、お隣のアンドロメダ銀河も遠い将来には一つになります。この力だけを考えると、全ての銀河が引き合って宇宙は縮むはずなのに、実際は膨張しているのです。しかも加速しています。そのためには、宇宙全体の73%にあたる何らかの力が存在するはずなのです。

この96%が何なのか、世界中の学者たちが研究をしています。これだけ科学の発達した現代でも、人間は、宇宙のたった4%しか知らないのです。宇宙は、神秘に満ちています。

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ブラックホールとは何か~太陽の100億倍~開く

18世紀の終わり頃、イギリスのジョン・ミッチェルとフランスのピエール=シモン・ラプラスという2人の科学者が、ニュートンの万有引力の法則から次のようなことを考えました。質量が大きいほど重力は強い。では、ものすごく重い星があれば、そこからは光の速さでも脱出できないだろう。光が出てこないのだから、その星は暗くて見えないはずだ、と。19世紀に入り、こうした天体はブラックホールと名付けられました。

星には、その星の重力圏から脱出するための「脱出速度」というものがあります。その速度を出さないと、その星の重力の影響から完全に逃れることができないという速度です。例えば地球の脱出速度は秒速11km。太陽は秒速620kmです。脱出速度は、星の質量が同じなら密度が高いほど大きくなります。

もし地球を今の重さのままで半径9mmまでぎゅーっと圧縮すると、脱出速度は光速になります。こうなると、光でさえも地球の重力から脱出できなくなりますので、この世のあらゆるものが地球から脱出不可能になります。つまり、地球はブラックホールになるのです。

天文学の進歩と共に、ブラックホールは観測によって見つかるようになりました。その種類も様々で、太陽の10倍程度の質量のブラックホールもあれば、天の川銀河の中心にあるように、太陽の400万倍もの質量をもつものもあります。

さらに、地球から極めて遠方にあり膨大なエネルギーを放出している、一つの恒星のように見える天体も存在します。これはクェーサー(準恒星状天体)と呼ばれる活動銀河で、その中心には太陽の1億倍から100億倍もの質量を持つブラックホールが存在すると考えられており、宇宙の歴史を考えるうえで、重要な役割を果たすと思われます。

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人は星のかけらからできている~元素は星がつくる~開く

今から137億年前、宇宙はビッグバンによって、急激に膨張しました。その際、宇宙空間にはほとんど水素しかありませんでした。やがてその水素が引き寄せ合い、恒星ができました。

恒星の内部では盛んに「核融合反応」が起こり、光と熱を発散します。その際、合成されるのがヘリウムです。核融合によって、水素からヘリウム、ヘリウムから炭素と、順番に重い元素が作られます。大きな星では最終的には鉄がつくられます。核融合反応で作られる一番重い元素は鉄です。これらの元素は、恒星の内部に蓄えられますが、やがて星の寿命が尽きると爆発を起こし、宇宙空間に放出されます。

では、鉄よりも重い金属、例えば銀や金などはどこでつくられるのでしょうか。

非常に重たい恒星は、その最後の時に、超新星爆発というとてつもなく大きな爆発を起こします。この爆発の輝きは、星数千億個分に相当するといわれています。この大爆発の際のエネルギーが、金や銀、レアメタル、ウランなどの重い金属を作ります。

今から46億年前、何十億年もの歳月をかけて宇宙空間に放たれてきたこれらの元素が集まり、太陽系が出来ました。そして、その中で、わたしたち人間も誕生しました。わたしたちは、アミノ酸やタンパク質といった有機物から出来ています。この有機物は、水素、酸素、炭素といった元素から出来ています。

私たちは、長い宇宙の営みによって作られてきた貴重な「星のかけら」で出来ているのです。

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