太陽が燃え尽きると何が起こるのでしょうか?

おそらく、40億年以上にわたって地球を照らしてきた黄色矮星である太陽ほど古く不変なものはないだろう。

しかし、私たちの星もいつかは消え去ります。そして科学者たちは、実際にそれが起こったときに何が起こるかについてかなり確信を持っています。

太陽は、中心核内で非常に高温の水素原子を融合、つまり結合させることでエネルギーを得ています。これによりヘリウムと大量のエネルギーが生まれます。しかし、オルゴールが鳴り終わるのと同じように、太陽の中心核の水素も枯渇します。そうなると、およそ 50 億年後に太陽は新たなエネルギー源を見つけなければなりません。

最初は、それは問題ではありません。今日では、水素の融合により、太陽の中心核が外層を押し返し、押し下げる力も生じます。中心核が耐えられなくなると、外層から水素が流れ込んで熱くなり、太陽に融合のための燃料がさらに供給されます。すべて順調に見えます。

しかし、これには代償が伴います。これらの現象の副作用により、太陽は赤くなり、冷え、現在の 100 倍以上に膨張し、水星、金星、さらには地球の軌道を飲み込みます。太陽は、空に見えるアルクトゥルスやアルデバランのような赤色巨星に変化します。

[関連: 太陽の内部がどうなっているのか、まだよくわかっていませんが、近いうちに状況が変わるかもしれません]

すべては、太陽の寿命をあと10億年延ばすだけの水素補給のためだ。水素も尽きると、太陽は次善のもの、つまりこれまでずっと作り出してきたヘリウムに頼らざるを得なくなる。

太陽がヘリウムを融合し始めると、正常に戻ったように見えるかもしれない。ヘリウムは核の廃墟を部分的に再建し、膨張した星はサイズを大きく縮小する。天文学者はこれをヘリウムフラッシュと呼ぶ。しかし、落とし穴がある。フラッシュは、太陽の完全なヘリウムのほぼ10分の1をわずか数分で燃やしてしまうのだ。

その後、老齢化が進む太陽は致命的な問題に直面する。燃料として、ヘリウムは水素にかなわないのだ。ヘリウムの核融合は水素の核融合ほどエネルギー効率が良くなく、炭素と酸素も生成される。これらを核融合することは可能だが、はるかに難しく、はるかに非効率的である。

残ったヘリウムは太陽にあと1億年ほどしか持たせられない。

太陽がヘリウムを融合できなくなったら、またもや困難な時期を迎えることになる。太陽は再び膨張し、融合できる水素やヘリウムの塊を必死に探し求める。中心核が崩壊し始めても、太陽は外縁部をさらに遠ざけ、おそらくは小惑星帯をはるかに超えるところまで押しのけるかもしれない。

この状態は、長く続くことはありません。最後には、太陽は外層をすべて脱ぎ捨てます。次の恒星系の観測者は、明るい光輪のような壮観な光景を目にするかもしれません。私たちが認識している太陽にとって、この 1 万年は死の瞬間です。

かつて木星、土星、天王星、海王星であった暗黒の死骸が吹き飛ばされるのをなんとか食い止めない限り、惑星が関与していなくても、惑星状星雲と呼ばれる一種の天体の墓石が後に残ることになるだろう。

しかし、太陽にとって、死は終わりではありません。質量の約半分が流出しますが、残りは惑星状星雲の中心で一緒に粉砕されます。これは、地球ほどの大きさしかない、太陽の中心核の小さくて明るい超高密度の残り火になります。このようなくすぶっている残骸は、白色矮星と呼ばれます。

こうして、太陽の長くて最後の孤独な形態が始まる。数兆年、つまり現在の宇宙の年齢の数百倍の時間をかけて、白色矮星は、非常にゆっくりと、残りの熱を失い、黒く消えていく。

この記事はもともと、PopSci 2021年夏号 Heat に掲載されたものです。PopSci+ のその他の記事を読む。

突飛で頭を悩ませる疑問が頭をぐるぐる回っていますか? 宇宙は何でできているのか、ブラックホールに落ちたらどうなるのか、あるいはなぜ誰もがつま先を触れないのか、など疑問に思ったことがあるなら、Popular Science の編集者による新しいポッドキャスト「Ask Us Anything」をぜひ聞いて、登録してください。Ask Us Anything は、毎週火曜日と木曜日に Apple、Anchor、Spotify など、ポッドキャストを聴くあらゆる場所で配信されます。各エピソードでは、1 つの疑問を深く掘り下げます。きっと、最後まで聞きたくなるはずです。