2014年8月16日
Chapter-510　その金は宇宙の巨大現象の残骸だった

　理化学研究所と京都大学は、地球上に存在する金やウランなど鉄より重い元素が、中性子星合体によってつくられたものである可能性が高いことを明らかにしました。
　
　2つの中性子星が互いの重心のまわりを公転し合う連星系では、公転を繰り返すたびにお互いの距離が近くなり、やがて合体します。このような中性子星の連星系は太陽の約8〜20倍の質量の連星の両方ともが超新星爆発を起こした後に形成されます。現在、10例程度の中性子星連星が観測されていて、これらは1〜10億年後に合体すると考えられています。
　
　宇宙は無から誕生しましたが、現在は様々な元素が存在しています。ということは、どこかの段階で元素が誕生する出来事があったはずです。宇宙の始まりに起きたビッグバンがまずその第一段階で大量の水素とわずかなヘリウムが誕生しました。ですが、このときにはこれより大きな元素は生み出されませんでした。それより重い鉄までの元素は星の中心部の極高温・極高圧環境で核融合で生成されたことがわかっています。
　
　　太陽の中心部でも現在活発に水素からヘリウムが作り出される核融合反応が連続して起きていて、核融合に伴って大量のエネルギーが放出され、私たちはそれを使って生かされています。水素はヘリウムに、ヘリウムはリチウムにと順次重い元素が生み出され、それにつれて太陽は歳をとり性格を変えていきます。最終的に鉄が生み出されると鉄は核融合反応が起きないため、太陽は死んでしまいます。
　
　鉄よりもさらに重い、金やウランなど原子番号40以上の元素は、星の中心部ではなく、大量の中性子の核融合により生成されたと考えられています。では、具体的にそれはいつどこで起きた現象なのか？　ということですが、専門家は超新星爆発か中性子星合体ではないかと考えていました。それ以外に、重い原子が生み出されるようなものすごい天文現象を私たちは知らないからです。
　
　そこで今回、スーパーコンピューターを用いて中性子星合体を再現することにより、金やウランなどの重い元素が誕生するような現象が確認できるかどうかを検討しました。
　
　設定は太陽の1.3倍の質量、半径12km の2つの中性子星です。シミュレーションの結果、中性子同士が衝突すると1つの重い中性子星となり、そのわずか0.01秒後はブラックホールとなりました。ブラックホールはあらゆるものを飲み込んでしまい、光さえも出てこれないはずですが、誕生の勢いで太陽質量の1%程度の物質が放出されることが分かりました。放出されるのはもともとの中性子星の材料だった中性子ですが、その一部がニュートリノを吸収して陽子に変わり、新たな元素が誕生することがわかったのです。中性子が豊富な環境で誕生した陽子は大きな原子核に成長することができます。

　つまり、このシミュレーションでは鉄より重い元素が次々とつくられるという結果が得られました。出来上がった原子は質量数90〜238（原子番号40〜92）で、これは少なくとも太陽系の重元素分布は再現している結果でした。つまり、中性子星合体が、レアアース、金、ウランなどの鉄より重い元素の起源である可能性が高いことが明らかになったのです。あなたの身近にある金ははるか昔、宇宙のどこかで起きた想像を絶する巨大天文現象で作り出されたもののようです。