私たちは原子的につながっています
根本的に 普遍的に
どういうことでしょう?
私は天体物理学者です
よって あなたを作る 原子１つ１つの
宇宙史をたどることが私の定めです
私が思うに
近代天文学の最も偉大な功績の１つは
原子が融合する機序を 解明しつつあることです
水素とヘリウムは
ビッグバン直後の２分間に作られましたが
重元素の起源ー
例えば あなたの血液の中の鉄や 私たちの吸ってる酸素や
パソコンの中のケイ素の起源は
恒星のライフサイクルの中にあります
より軽い元素を使い より重い元素に変える核反応により
恒星は輝いています
そして最終的には爆発します
そして宇宙を 重元素で満たしていきます
ですから 恒星の死がなければ
水素とヘリウムより重い
酸素などの元素も 存在しなかったし
それゆえ生命も誕生しなかったのです
私達の体内の原子の数は
宇宙の星の数よりも多いのです
そして これらの原子は 非常に安定しているので
私達の原子の起源は
内部で原子を作り
それを爆発させて 天の川銀河じゅうに撒いた
何十億年前の恒星にまで辿れます
私がそれを知っている理由は
私が公認の恒星の葬儀屋だからです
(笑)
今日は超新星爆発に始まり 今呼吸している空気に終わる旅に
皆さんをお連れしましょう
私達の体は 何でできているでしょうか？
96%を占めるのは たった４種の原子です
水素 炭素 酸素 窒素 です
この壮大な冒険の主人公は酸素です
酸素は私達の体の大半を構成するだけでなく
地球上の生命を守るために戦っているのです
宇宙に存在する酸素の大半は
宇宙の長い歴史に渡って
超新星爆発によって作られました
これらの超新星爆発は 巨星の死を意味します
超新星爆発は１か月間
何十億もの星を含んだ銀河よりも
明るく輝きます
とても凄いことです
なぜそうなるかというと 巨星は他の恒星に比べ
華やかに死ぬからです
核融合は すべての恒星の生命線です
もちろん太陽もそうで
地球上の全エネルギーの根源となります
恒星を融合工場だと 捉えることもできるでしょう
高温高密度の内部で
原子同士をぶつけ合って 動力とする工場です
太陽のように
比較的小さな恒星は
水素を燃やしてヘリウムにしますが
太陽の８倍ほどの質量の恒星は
核にあるヘリウムが燃え尽きても
燃焼サイクルを継続します
この段階で巨星の核には
炭素が残っています
ご存知のように 炭素は生命に欠かせません
この炭素の核は崩壊し続け
結果として温度が上昇します
これによって さらなる核融合が進み
炭素が燃焼すると酸素ができ
次にネオン その次にケイ素 その次に硫黄ができ
最終的には鉄ができます
でも そこで終わりです
なぜでしょう？
鉄がこの宇宙で最も強く 結合した原子核だからです
つまり鉄を燃やしても エネルギーは出てこないのです
巨星の核のすべてが鉄になると
燃料切れなのです
恒星にとっては最悪の日です
(笑)
燃料がなければ熱を作り出せず
重力が勝ります
鉄の核は崩壊するしかなく
驚異的な密度に到達します
３億トンもの物質が
角砂糖の大きさに圧縮されると 考えて下さい
これほど高密度だと 核は崩壊に抵抗します
その結果
中心に入ってくる全ての物質が 核で跳ね返ります
この凄まじい跳ね返りは
ほんの一瞬しか起きませんが
恒星の残りを四方八方に飛ばし
超新星爆発を起こします
天体物理学者の目からすれば 非常に残念なのが
爆発する恒星の中心を
実験室で再現できないことです
(笑)
人類にとっては良いことですがね
(笑)
どういうことでしょう？
つまり 天体物理学者が
これらの複雑な現象を解明するには コンピュータの高度なシミュレーションに
頼らざるをえないということです
シミュレーションを用いれば このような極端な状況下での
ガスの振る舞いがわかります
すると基本的な問題の答えがわかります
例えば「結局 何が巨星を破裂させたのか？」
「圧縮から爆発にどのように 逆転するのか？」とかです
この分野での議論は尽きませんが
みんな納得できるのは
ニュートリノという 観測しにくい素粒子が
重大な役割をしていることです
わかりますでしょうか？
今からシミュレーションを １つお見せします
ニュートリノは 核の崩壊時に大量にできます
実は
これが核内のエネルギーを 転換する要因です
ヒーターの熱放射と同じように
ニュートリノは核にエネルギーを送ります
これによって星が破裂しやすくなります
それに加えて ニュートリノは
衝撃波が発生するほどの
高圧を生じさせるような エネルギーを一瞬で送り込みます
この衝撃波は星全体を破裂させます
そして この衝撃波の中で 原子が誕生するのです
ありがとう ニュートリノ
(笑)
超新星は明るく輝き
太陽が一生をかけて放つエネルギーより
さらに多いエネルギーを短い間に放ちます
ここに見える光の点は
確かに その前まではありませんでした
かがり火のように燃えて
巨星が死んだ場所を明確に示します
私達の天の川銀河に似た銀河では
約50年に一度
巨星が死んでいると推定できます
これは暗に宇宙のどこかで
超新星爆発が１秒に１回 起きていることになります
そして 天文学者たちにとって 幸運なことに
いくつかの超新星爆発は 実際 地球の比較的近くで観測されました
超新星爆発は様々な文明で 記録されてきました
望遠鏡が開発されるずっと前からです
その中でも一番有名なのは
かに星雲を作った超新星爆発でしょう
ご存知でしょうか？
1054年 韓国と中国の天文学者が 超新星を記録しており
アメリカ先住民もこれを記録していたことが ほぼ確実です
それは地球から 約5600光年先で起きました
とても明るくて
昼でも観測できました
夜空では約２年間 肉眼で見えたといいます
それから はや千年経ち 私達は何を見てるでしょう？
爆発でできたフィラメントが
秒速約480kmで動くのが見えます
これらのフィラメントは
巨星の死を紐解くには必要不可欠です
こちらの画像は
ハッブル宇宙望遠鏡によって
３ヶ月以上かけて作られました
天文学者にとって非常に重要な画像です
爆発した星の
化学的な遺産だからです
オレンジのフィラメントは星の残骸です
水素が主な成分です
青と赤のフィラメントは
新しくできた酸素です
かに星雲のような 超新星の残骸を調べることで
天文学者が 明確にした結論は
地球上の酸素の大半が この宇宙の歴史の中で
超新星爆発によってできたということです
そして推定できるのは
私達の体の全酸素原子を作るには
１億もの超新星が必要だったことです
だから あなたの全てでないとしても 大半は
これらの超新星爆発の １つから来ているのです
ここで疑問が湧いたでしょう
どうやってこれらの
極端な状況下でできた原子は
私達の体に含まれるようになったのか？
お答えするために 思考実験をしよう思います
想像してください 私達が天の川銀河にいます
超新星爆発が起き 大量の酸素原子を
ほぼ何もない空間に撒き散らしました
その一部は星雲を 形成することができました
45億年前
何かが起きて その星雲は不安定になり崩壊しました
これによって太陽を中心に太陽系ができました
だから太陽と惑星と地球上の生命は
恒星の誕生と死と再生という
この美しいサイクルの 結果として存在します
このサイクルは 宇宙の原子を再利用し続けます
このように天文学と化学は 関わりが深いのです
私達は植物が吐き出したものを 吸うように進化しました
そして そうです
超新星爆発が吐き出したものも吸っています
(笑)
息を吸ってください
酸素原子があなたの体に取り込まれました
その酸素原子は きっと
星の一部だった頃を覚えています
超新星爆発で生まれたことも 覚えているでしょう
その酸素は あなたに辿り着くずっと前に
太陽系のかなたから
地球に行き着いたのかもしれません
私たちは呼吸するなかで
数百リットルの酸素を毎日使います
私は この素晴らしい聴衆の前に立てて 本当に幸運なのですが
実は 皆さんから酸素原子を奪っています
(笑)
そして 話しているので
私が取り入れた酸素原子を 返しています
だから 息を吸ってください
この美しき原子交換に 参加してください
すると気になりますね
「フリーダ・カーロにあった原子は 私の内にいくつあるの？」
(笑)
大体10万個です
あと10万個はマリ・キュリーから
あと10万個はサリー・ライドから
あとは誰でもお好きなように
息をすることで肺を満たすのは 宇宙の歴史だけでなく
人類の歴史もなのです
最後に 私が大切にしている神話を
１つ紹介します
チチメカ文化という
メソアメリカで とても有力な文化がありました
チチメカ族はこう信じていました
私達の真髄は天に集められ
私達に向かう旅の途中で
粉々になって 沢山のピースになる
私の祖父は よく言ってました
「自分が不完全だと感じるのは
ピースが足りてないからだ」
(笑)
「でも 騙されるな
これは成長の絶好のチャンスなんだ
なぜかって？
そのピースは 地球のいたるところにあって
拾いに行く必要があるのではない
そのピースは他の人の中にあるんだ
君が完全に近づくには ピースを共有するしかありません
そう 人生の中では
自分を完全にさせてくれると感じる 大きいピースのある人に
出会うだろう
しかし 完全を目指す旅の中では
君もそれぞれのピースを 大事に共有しなければならない」
酸素の話にそっくりですね
(笑)
天にて超新星爆発で始まったものが
今日までも
人類の領域の中で続いてます
私達の体内の原子は
数百万年から何十億年の長い旅の末
あなたに辿り着きました
みなさん全員が
この宇宙の証人なのです
ありがとうございました
(拍手)