200万年ほど前に地球の近くで超新星爆発

海底堆積物の中に痕跡を発見

 今から200万年ほど前、地球の近くで巨星が爆発した。アウストラロピテクスなど初期のヒト科が夜空を眺めていたら、きっと満月よりも明るく輝く星が突然現れたことに気づいただろう。青みがかった不気味な光は、日中でも見えるほど明るかったかもしれない。

惑星が生まれる瞬間をとらえた、驚きの画像

 爆発が起きた場所は地球から約300光年も離れていたので、生物に害を及ぼすことはなかったが、地球にかすり傷も負わせなかったわけではないその爆発は、鉄の放射性同位体「鉄60」を地球と月に浴びせかけたのだ

このほど、海底堆積物の中に含まれる鉄60の年代を調べた天文学者たちは、150万~230万年前に複数の超新星爆発が起きたことを明らかにし、その爆発が空のどこに見えたかを推定した

4月7日に『ネイチャー』誌に発表された2本の論文は、こうした超新星爆発について記述しているほか、太陽系や近隣の恒星を包み込む「局所泡」と呼ばれる巨大な空洞との関係についても説明している

地球に落ちてきた鉄死にゆく恒星の内部では核融合反応がどんどん進み、周期表の元素の大部分が作り出される。こうした元素が超新星爆発によって星間空間に撒き散らされると、爆発した星の種類や、爆発が起きた時期と場所を特定するための手がかりになる。

 問題は、撒き散らされた星の破片をどうやって見つけるかだ。

 イリノイ大学のブライアン・フィールズ氏は「地球に飛んできた破片が、まとまって頭上に落ちてくるなら、さぞかし痛いでしょう」と言う。「けれども地球全体に散らばってしまったら、気づくことはできません」。

 1999年、地球の深海底地殻を調べていた科学者たちは、大昔の超新星爆発によって吹き飛ばされてきた可能性のある鉄60が微量に含まれているのを発見した

 その5年後、鉄60の量と年代の分析から、問題の超新星爆発が200万年ほど前に地球からほど近いところで起きたことが明らかになった

深海天文学

 けれども今回、別の研究チームが、インド洋、太平洋、大西洋の深海底地殻に含まれる鉄60と、それに関連した団塊や海底堆積物を詳しく分析したところ、はるかに複雑な物語が見えてきた

論文を執筆したオーストラリア国立大学のアントン・ウォルナー氏は、自分たちの研究手法を「深海天文学」と呼ぶ。彼らは、今まで知られていたものよりも古い、約800万年前の超新星爆発によって吹き飛ばされてきたと思われる鉄60を発見した

フィールズ氏は「これは、地球の近くで複数の超新星爆発が起きたことを示す最初の証拠です」と言う。「200万年前の超新星爆発の証拠ほど強力ではありませんが、遠い過去の超新星爆発の証拠として、非常に魅力的です」。

厄介なのは、地球に飛び込んできた鉄60が海底堆積物の中に蓄積していったペースである。約200万年前の鉄60の痕跡はかすれたように広がっていて、100万年以上かけて堆積したことを示している

ベルリン工科大学のイェニー・ファイゲ氏は、「この痕跡の幅は、1回の超新星爆発が作り出す痕跡に比べて、ずっと広いのです」と言う。広がった痕跡は、複数の超新星爆発が直接作り出したものなのだろうか? それとも、過去の超新星爆発の残骸が薄い雲のように漂っている中を地球が通り抜けた結果なのだろうか? その答えは、海流や海洋生物によって常にかき乱されている海底堆積物の中に鉄がどのように蓄積するかによっても違ってくる。

「私たちは海底堆積物を望遠鏡として利用しているのです」とフィールズ氏。「天文学者にとっては新しいタイプの道具なので、使いこなせるようになるためには、その癖をよく理解する必要があります」。

宇宙の泡

 200万年前の鉄60の痕跡が本当に広がっているなら、『ネイチャー』のもう1本の論文の結果とよく一致しているはずだ。こちらの研究チームは鉄60が地球に到達した時期ではなく、どこから飛んできたかを明らかにしようとした

星間空間にはガスと塵が薄く充満しているが、太陽系とその近隣の星々は、「局所泡」と呼ばれる高温の巨大な空洞の中にある。この空洞は、今から1000万~2000万年前に、近くにあった複数の巨星が進化の果てに超新星爆発を起こし、10億度という高温のガスの塊を宇宙に吐き出したときにできたと考えられている。

科学者たちは、局所泡を作った星々は、太陽系の近くにある「さそり-ケンタウルス運動星団」の中にあったと考えていて、地球に鉄60を浴びせかけたのも、この超新星爆発だったと考えている

ベルリン工科大学のディーター・ブライトシュヴェルト氏の研究チームは、星の運動の観測結果に基づいて時間を遡り、数百万年前のさそり-ケンタウルス運動星団の位置を推定した。その後、理論に基づいて星団の中に星々を配置し、超新星爆発のシミュレーションを行った。

その結果、さそり-ケンタウルス運動星団の中にある若い星々が、地球の地殻に鉄60を堆積させた可能性があることが明らかになった。超新星爆発により吹き飛ばされた物質が星間空間を運ばれてくるタイミングだけでなく、恒星の大きさや距離もよく一致していた

「パズルのピースを組み合わせていったら、自然に一つの絵が見えてきたのです」とブライトシュヴェルト氏。

研究チームによると、地球の深海底に堆積している鉄60は、てんびん座とおおかみ座の間で起きた複数の超新星爆発によって吹き飛ばされてきたという鉄60の痕跡のほとんどは、最新の二つの超新星爆発によるものだ一つは230万年前の爆発で、地球上ではアウストラロピテクスと最初のヒト属がアフリカで共存していた時期にあたるもう一つは150万年前の爆発で、地球上ではアウストラロピテクスが絶滅してホモ・エレクトスが世界中に広がりはじめた時期である

けれども、深海底に堆積する鉄60は、超新星爆発によって直接吹き飛ばされてきたものではない可能性もある星間空間には過去の超新星爆発によって形成された泡があり、泡の表面には鉄60をはじめとする爆発の残骸が集まっていると考えられる。そして、数百万年前に太陽系がこの泡の中に入ったときに、鉄60が地球に堆積したと考えることができるのだ。そうだとすると、800万年前の鉄60の痕跡は、いっそう不可思議なものになる

地球が局所泡に包み込まれたのが200万~300万年前のことだったとするとより古い痕跡は、局所泡の進化とは何の関係もないことになり、別の理由を見つける必要があります」とファイゲ氏。

過去への旅

 地球の近くで超新星爆発が起きたと言われると、少々怖い。けれども、生物が超新星爆発の影響を受けるには、地球からだいたい30光年以内のところで爆発が起こる必要がある最近の超新星爆発はいずれも「安全圏」で起きたとフィールズ氏は言う。「私たちは死ななかったのですから、安全な距離だったのでしょう」。

超新星爆発の影響で気候変動や大量絶滅が起きたと主張する研究者もいるが、まだ研究は進んでいない。天文学者たちは、海底を巨大な望遠鏡として利用することによって、近くの天体が地球に及ぼす影響を解明しようとしている

文=Nadia Drake/訳=三枝小夜子

ナショナル ジオグラフィック日本版2016.04.11

  images-3-48-150x150images

【関連する記事】