古代の超新星が星の破片で月の岩を突き破った可能性がある

天文学者は通常、星の光から情報を得ています。地球に届く光のちらつきは、蒸し暑い異星の大気、脈動する恒星の膨らみ、氷の世界を食べる死んだ恒星など、遠方のシステムの新しい光景を定期的に明らかにします。

しかし、異星からの太陽光線だけが星間メッセンジャーというわけではない。少なくとも2つの彗星のような物体が太陽系に到達しており、むき出しの原子核が宇宙線の形で毎日私たちの頭上に降り注いでいる。現在、まだ査読されていないプレプリントで、2人の研究者が、世界中の研究室や博物館に、別の宇宙とのつながりの兆候が未発見のまま眠っている可能性があると提唱している。彼らの研究結果によると、爆発した星が大量の塵粒子を放出し、それが天の川を横切って飛び、最終的に月の岩石に埋もれた可能性がある。彼らの考えが正しければ、月面の岩石やアポロ宇宙飛行士が地球に持ち帰った岩石を注意深く調べることで、星がどのように生まれ、死ぬかについてのより深い理解につながる可能性がある。

「この最初の計算から何かが出てくるとは思っていませんでした」とハーバード大学の学部生で共著者のアミール・シラジ氏は言う。「そして結局、これが実際に可能かもしれないということがわかったのです。」

シラジ氏は最近、地球と宇宙環境の物理的なつながりについて深く考えている。今年の春、彼とハーバード大学の天体物理学者で共同研究者のアヴィ・ローブ氏は、2014年に星間隕石が地球に衝突した可能性と、星間塵粒子が夜空を照らしている可能性を示唆するプレプリントを発表した。

彼らがアストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に投稿し、プレプリントサーバーarXivで公開した最新の論文では、超新星塵の推論を新たな方向に進めている。彼らは、そのような星塵は確実に地球に到達するのか、そして他にどこに現れる可能性があるのか​​、と問いかけている。

ある種の星は燃料を使い果たすと、超新星と呼ばれる激しい爆発を起こす。爆発は物質を直接放出するが、その混乱をモデル化するのは複雑である。シラジとローブは、超新星が太陽の 1 億倍の明るさで輝くという事実に着目した。その投光器が点灯すると、星の周囲にある塵が宇宙空間に吹き飛ばされる。

「超新星は宇宙で最も極端な現象のひとつです」とシラジ氏は言う。超新星は塵の粒子を光速の1パーセントまで加速させることができ、これは従来のロケットの100倍の速さだ。」

しかし、どんな超新星でも塵を地球まで押し上げられるわけではない。ゆっくり動く塵は遠くまで行かず、他の粒子にぶつかってすぐに止まる。そして最も速い塵の粒子は、毛羽立った絨毯の上のウールの靴下のように、隣の粒子とこすれて静電気で粉々になるまで自滅する。研究者によると、地球から約800光年以内（天の川銀河の幅の約1パーセント）の恒星の爆発だけが、太陽系に到達するのに適切な速度で塵を飛ばすことができるはずだという。

このような超新星爆発は、およそ 10 万年に 1 回発生し、太陽系に無数の塵の粒をまき散らす。地球に到達した粒子は、大気圏で確実に燃え尽きるが、月に激突した粒子は、長い年月をかけてかき混ぜられた月の塵ではなく、宇宙に直接さらされた表面の岩石の中に生き残る可能性がある。

具体的には、2人は、飛来する塵粒子によって月の岩に開けられた深くて狭い穴を探すことを提案している。月の岩の表面には微小隕石による浅い穴が見られ、研究者は宇宙線が残した原子幅の筋を検出した。超新星の破片によって開けられたと推測される管は、その中間のどこかに位置するだろうとシラジ氏は言う。

爆発する恒星と地球・月系との物質的なつながりを探るのは、天体物理学者たちが初めてではない。2008年、研究者らは海底にある200万年前の鉄原子の層は超新星爆発に由来すると示唆した。2015年のあるグループは、月まで到達する可能性のある高速で移動する塵粒子を分析し、衝突時に蒸発すると仮定した。

ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの月研究者イアン・クロフォード氏によると、高エネルギーの塵粒子が岩に潜り込むというのはおそらく新しい考えだが、査読プロセスによってシラジ氏とローブ氏の結論が変わる可能性もあると警告している。特に、時速700万マイルで月の岩に衝突しても粒子が必ずしもバラバラにならない理由を説明する必要があるとクロフォード氏は述べた。

シラジ氏は、この仮定がこのアイデアの重要な不確実性の 1 つであることに同意しているが、それでもアポロの成果の一部を調べる価値はあるかもしれないと示唆している。同氏は、10 セント硬貨大の岩石のどの部分でも、一握りの塵の跡があるはずなので、数個の岩石を低コストで調査すれば、いずれにせよ何かが発見される可能性があると見積もっている。そのような調査で何も見つからなければ、その結果は研究者に、塵粒子の速度、月の浸食、または想定される超新星爆発率について何かを伝えることになるだろう。

そして、研究者が星間塵の痕跡を発見すれば、それを使って超新星の不確かな特性を突き止めることができるかもしれない。アポロの岩石は限られた、ごちゃ混ぜのサンプルだが、将来の月探査では、科学者はそのような兆候を探すために、手つかずの岩石を調査できるだろう。たとえば、塵の穴の数を数えることで、研究者は特定の爆発の明るさを推定できる。あるいは、同じ方向を向いている穴がたくさんあるということは、それが天の川のどこから来たのかを示唆するかもしれない、とシラジ氏は推測する。

「とてもエキサイティングなことだ」と彼は言う。「他の方法では絶対にできなかった方法で、近くの超新星の歴史を調べることができるようになるからだ。」