ブラックホールや他の代替太陽を周回する惑星で生命が繁栄する方法

スターウォーズの世界では、2 つの太陽が砂漠の惑星タトゥイーンを焦がしています。スーパーマンは、クリプトンを照らす赤色矮星の深紅の光線を離れた後にパワーを得ます。SF では、生命がどのようにして異なる空に適応するかがよく問われますが、これらの典型的な星だけが惑星を暖かく保つ方法ではありません。

真面目な宇宙生物学者のほとんどは、天の川銀河の輝きのほとんどを生み出すいわゆる「主系列」の恒星を周回する惑星でどのような生命体が進化するかについて考えることに時間を費やすのが当然です。しかし、NASA ゴダード宇宙飛行センターの研究員であるジェレミー・シュニットマンは天体物理学者であり、宇宙のより異国的な場所で生命がどのような暮らしをするかについて、あまり真面目でない時間の多くを思い巡らしてきました。私たちが知っている生物学は複雑ですが、基本的には、液体の水を維持するためのエネルギー源と安定した環境という 2 つの単純な前提条件が必要です。

「地震や火山によって絶えず破壊されている惑星にいるとしたら、たとえ美しいビーチがあったとしても、それは素晴らしいことではないだろう」とシュニットマン氏は言う。

地球のような快適な熱帯の保養地はないかもしれないが、ちょっとした遊び心のある天体物理学的思考で考えれば、かろうじて居住可能と言えるかもしれない4種類の地球外惑星系を紹介する。

中性子星

宇宙で地球外微生物が住み着きたいと思う最後の場所の一つは、中性子星を周回する惑星かもしれない。中性子星とは、時空を完全に崩壊させてブラックホールにするほどの重さはないが、それにかなり近づいた死んだ星だ。天文学者は、中性子星をパルサー、つまり大量の放射線を放射する灯台のようなビーコンとして捉えている。

「電磁場をものすごいスピードで振り回しているだけです」とシュニットマン氏は言う。「かなり厄介なものです」

中性子星には確かに惑星が存在する (研究者たちは 1992 年に、脈動する中性子星を周回する最初の太陽系外惑星を発見した) が、中性子星は、猛スピードで猛烈に加速する粒子を絶え間なく降り注ぐことで、私たちが知る生命のほとんどを絶滅させてしまうだろう。高エネルギー粒子と放射線は、宇宙の究極の両刃の剣であり、重要なエネルギーをもたらすと同時に、急速な破壊をもたらす可能性がある。地球上でも、植物やその他の光合成生物がおいしい太陽光線を消費すると、ほとんどのカロリーが食物連鎖に取り込まれるが、私たちは紫外線を避けるためにあらゆる手段を講じている (痛い日焼けをしないため)。

中性子星の周囲の環境は、放射線スペクトルの死と破壊の側に大きく傾いているが、究極のゴルディロックス惑星の保護バリアは、おそらく最も頑丈な生物を宿すことができると研究者は計算している。具体的には、地球の最大10倍の大きさの「スーパーアース」の生命は、入射する放射線の腐食効果に耐え、表面を宇宙の荒廃から守る非常に厚い大気と、荷電粒子の猛攻撃を撃退する強力な磁場があれば、地球を生き延びることができるかもしれない。

危険な生活

シュニットマン氏によると、より住みやすいのは、ある種のブラックホールかもしれない。映画「インターステラー」に触発され、同氏は最近、ブラックホールの居住可能領域に関する数値を計算し、その結果をプレプリントサーバーarXivで未査読の論文として発表した。同氏の思考実験は、ほとんどの銀河の中心にある超大質量ブラックホールのタイプから始まる。なぜなら、より小さなブラックホールは空間をより急激に曲げ、バスケットボールよりも大きな近くの物体を粉々にしてしまうからだ。

ブラックホールはそれ自体では光らないが、その時間を曲げる性質は代替エネルギー源になる可能性があるとシュニットマンは計算した。ブラックホールの端に近づくほど時計の進みは遅くなり（遠くから見ると）、上下に振動する光波は時を刻む小さな時計と考えることができる。逆に、ブラックホールの近くから観察すると、遠くの時計の針はただぐるぐると回り、同様にあらゆる波が集中してはるかに高いエネルギーにまで増幅される。「こうした時計のサイクルやクリックがすべて積み重なって、一気にあなたを吹き飛ばすようなものです」とシュニットマンは言う。

その結果、ブラックホールが時間をねじ曲げることで、宇宙を飛び回る背景波や粒子が、惑星を熱するほど熱くなる可能性がある。特に、シュニットマン氏の計算によると、ブラックホールの端（ブラックホールの半径の1パーセントほど離れたところ）に群がる惑星の場合、ブラックホールは、入ってくる軽量ニュートリノ粒子にエネルギーを与え、惑星の中心核を地中深くで微生物が繁殖できるほど暖かく保つことができるという。

しかし、他の場所から来た移住者が地表で生き延びるには高度な技術が必要になる。同じメカニズムがすべての入射放射線を超高エネルギー化するからだ。その距離では、惑星はほぼ光速でブラックホールの周りを回転し、全天の星の光が観測者に向かってまっすぐに曲げられる。「[光線は]まるで弾丸が顔に直撃するように見える」と同氏は言う。「全天が真っ黒に見え、目の前にある小さな点がまぶしいほど明るく見えるだろう」

そのような世界では、移民は星の光やビッグバンのマイクロ波の残光で焼け焦げるのを避けるために、惑星全体を覆うアルミニウムのシールドの下に隠れる必要があるだろう。

健康的な距離から

しかし、ブラックホールの半径の数百倍の距離まで離れると、生活はずっと楽になる。このくらいの距離であれば、惑星は、怪物の口に落ちるときに燃え上がるガスと塵の輝きを浴びることができる。太陽があるはずの空のブラックホールを除けば、表面の状態は地球とそれほど変わらないかもしれない。そして、その距離では、時間は宇宙の他の部分とほぼ同じ速度で流れるため、星の光の致命的影響はずっと少なくなる。

さらに、超大質量ブラックホールは銀河の中心でしか形成されないため、そこにある惑星は星空観察の最高の場所となるかもしれない。シュニットマン氏によると、日中は近くの星々が現れ、夜には星空が地球の満月のように明るく輝くという。「夜はまばゆいばかりだ」と同氏は言う。

白色矮星

しかし、白色矮星のような、完全に崩壊していない恒星にとどまれば、生命はよりよく生き延びるだろう。白色矮星とは、恒星のエネルギー源である核融合が停止したにもかかわらず、残った熱で白熱して輝く、赤色巨星の地球サイズの残骸である。

クエーサーは確かにかなりの量の有害な紫外線を放出しているが、中性子星ほど恐ろしくはなく、大量のガスを飲み込んでほとんど気づかれずに惑星を焦がすクエーサーに変身する可能性のあるブラックホールよりは信頼できるとシュニットマン氏は言う。

エネルギーの観点から見ると、居住可能な惑星は白色矮星のパートナーにかなり接近して、水星が太陽に公転する距離の約30倍の距離を周回する必要がある。しかし、研究者らは、そのような近さであっても、地球外生命体のDNAが処理しなければならない紫外線は地球のDNAより40パーセント程度多いだけだと推定している。

難しいのは、主星が赤色巨星の段階を生き延びることだ。赤色巨星の段階は、主星が外側に広がり、その進路にある惑星をすべて焼き尽くし、白色矮星に収縮する段階だ。このシナリオは、実は人類の未来に最も関連しているかもしれない。太陽も数十億年後には同じ変化を遂げ、その過程で地球を焦がすからだ。無限の技術があれば、未来の地球居住者は惑星を木星の向こうへ移動させ、太陽の激しい膨張が終わるのを待つことができるだろうとシュニットマンは推測する。しかし、その一撃が失敗しても、太陽が白色矮星に収縮した後に残ったものに隕石が水やその他の成分を運んでくれるかもしれないとわかれば、いくらか慰めになるだろう。生物のサイクル全体が再び始まるかもしれないのだ。