研究者らは古代の異星の砂粒から銀河の歴史をたどる

宇宙にひとつの能力があるとすれば、それは錬金術、つまりある物質を別の物質に変える能力だ。星は小さな原子から大きな原子を作り、死ぬと金属や塵を放出する。重力がその塵を形作り、世界を作り上げる。そして地球のような地質学的に活発な惑星では、岩石や鉱物は天候によって分解され、マントルの深部へと吸い込まれ、溶けて地表に噴き出すため、絶えず形を変えている。

この絶え間ない変化から何とか逃れた物体を、私たちは古い物体と呼んでいます。たとえば、地球最古の水晶は、地球の 45 億年の歴史のほぼ全期間にわたって生き延びてきました。しかし、それ以上遡ると壁にぶつかります。太陽系は、約 46 億年前に宇宙を漂う塵の粒子から渦巻いて誕生し、その後、若い太陽のエネルギーが周囲のあらゆるものを吹き飛ばしたため、それより古いものを手に入れるのは困難です。

難しいが、不可能ではない。最も頑丈な星間塵粒子は、太陽の形成とその若い爆発に耐え、小惑星に埋め込まれ、惑星の形成と生命の進化の間眠り続けた。それらの粒子のいくつかは、最終的に隕石に乗って地球に到達し、忍耐強い研究者グループが過去 30 年間を費やしてそれらを見つけ、溶かし、宇宙の奥深い過去の秘密を解き明かしてきた。その過去の 1 つは、宇宙自体の年齢のほぼ半分にあたる 70 億年前にまで遡る。

「岩石を使って銀河の歴史を研究するのは、本当に興味深いことだと思います」と、シカゴのフィールド自然史博物館の宇宙化学者で、最近出版された粒子の歴史を詳述した論文の共著者であるフィリップ・ヘック氏は言う。

地元の隕石の大半は46億年前に太陽や太陽系の他の部分とともに形成されたが、宇宙の岩石の重量のおよそ100万分の1から10億分の1は、シリコンカーバイドと呼ばれるほぼ破壊不可能な鉱物の微細粒子からできている。ハーバード大学医学部のナノスケール研究者で共著者のフランク・ギンガード氏は「ダイヤモンドのように信じられないほど頑丈です」と語る。これらの小さな粒子は、太陽や惑星を形成した星屑の雲の最後の変化していない部分を表し、

1987 年にこれらの粒子を初めて発見した後、シカゴ大学のグループは、ヘック氏が「針を見つけるために干し草の山を燃やす」ことに例える、粒子抽出法を開発した。1990 年に、彼らは酸と、より繊細な鉱物を溶かす他の腐食性成分を使用して、マーチソン隕石として知られる大きな宇宙岩石 88 グラムを粉砕した。その結果、分析できる大きさの数十個の炭化ケイ素粒子が得られた。この場合、それは人間の髪の毛の約 10 分の 1 の幅に相当する。研究者たちはその後、約 30 年を費やして、採取した粒子を研究するために必要な技術を開発し、改良した。

太陽系よりも古い物体の年代を推定するには、時間の経過とともに物体を徐々に変化させる予測可能なプロセス、つまり時計が必要です。研究者たちは、宇宙を漂う塵の粒子に時折衝突する高速粒子である宇宙線に着目しました。初期の分析では、この衝突がどのくらいの頻度で起こるかを推定しましたが、月曜日に PNAS に発表された最新のレポートでは、チームは最近星間空間に入ったボイジャー宇宙船からの実際の宇宙線測定値を使用しました。

強力な宇宙線が粒子の粒子を分裂させ、ビリヤードのキューボールがラックを壊すように、破片が四方八方に飛び散る。一部の破片は宇宙に消えるが、炭化ケイ素の結晶構造は、特定の種類のヘリウムやネオンなどの他の破片を捕らえる。結晶を溶かしてこれらの破片を数えることで、ヘック氏と同僚は、粒子が宇宙線にさらされて宇宙を漂っていた時間を計算することができた。ドイツのマックスプランク化学研究所で星間塵を研究しているヤン・ライトナー氏（この研究には関わっていない）は、これを「大きな成果」と評価している。

この新たな研究は、エイリアンの砂粒のこれまでで最も正確な年代を明らかにしている。これは、これまで研究されていなかった砂粒群の新たな研究と並行して、古い砂粒群のデータを丹念に再分析したことの成果である。いくつかの粒は数十億年の間、単独で漂っていたようだが、ほとんどの塵粒子は宇宙線を浴びてほんの数百万年しか経っていないようで、まるで太陽系の形成を助ける直前に、何かがそれらをすべて一度に宇宙に吐き出したかのようだ。この塵の量の明らかな急増は、約70億年前に起こった可能性がある星形成のささやかな「ベビーブーム」の天文学的証拠を裏付けていると研究者らは示唆している。これらの星は数十億年後に死ぬときに塵の柱を吐き出し、その領域にすぐに私たちの太陽系となる物質の種をまいた。

数十個の鉱物粒子の大まかな年代に基づいて、この仮説上のベビーブームと人類の起源を結びつけるのは必然的に推測の域を出ないが、ライトナー氏は研究チームの主張には説得力があると考えている。「この研究により、太陽と惑星系の形成を超えて、太陽系周辺の銀河の歴史を垣間見ることができる」とライトナー氏は言う。

ヘック氏は、自分たちの主張を補強し、さらに、記録されていない過去の恒星形成の証拠を見つけるために、新しいシリコンカーバイド粒子の探索を楽しみにしているという。少量の隕石を破壊し、太陽系で最も長く生き残った構造物を溶かすのは少々悲しいが、フィールド博物館にはまだ数十ポンドのマーチソン隕石が保管されており、グループがゆっくりと慎重に調査できる。「私たちにはこの巨大な保管庫があります」とヘック氏は言う。「将来の世代が確実に利用できるようにしたいのです。」