シリウスが超新星爆発したら、地球の生態系は破壊されるのでしょうか？科学が答えを教えてくれる

シリウスは地球から肉眼で見える最も近い恒星の一つで、約8.6光年離れています。この星が超新星として爆発したら、どれほどのエネルギーを持つことになるでしょうか？地球の生態系は破壊されるのか、それとも人類に希望はあるのか？

さて、既存の科学的常識に基づいて分析してみましょう。

まず、シリウスとはどんな星なのかについてお話ししましょう。

実際、私たちに最も近い恒星はプロキシマ・ケンタウリで、約4.22光年離れていますが、太陽の約12％の質量を持つ非常に小さな赤色矮星であるため、人間の目には見えません。しかし、プロキシマ・ケンタウリは三重星系です。他の 2 つは、アルファ ケンタウリ A とアルファ ケンタウリ B と呼ばれています。これらは太陽と同程度の質量を持ち、人間の目で見える 3 番目に明るい星です。

私たちに近いもう一つの星はバーナード星です。バーナード星も赤色矮星で、質量は太陽の約 15% で、肉眼では見えません。さらに遠くにはシリウスがあり、地球から約 8.6 光年離れています。最も明るいときの等級は -1.47 で、太陽以外で最も明るい星です。

シリウスは連星系です。私たちが目にする最も明るい星はシリウス A です。これは、質量が太陽の約 2 倍、直径が太陽の約 1.7 倍、表面温度が約 10,000K、年齢が約 2 億 4,200 万年、寿命が約 17 億 6,000 万年の青色矮星です。

太陽は質量が約2×10^30キログラムの黄色矮星です。太陽よりも質量が大きく明るい星は青色矮星と呼ばれます。しかし、黄色矮星であろうと青色矮星であろうと、太陽の0.5～8倍程度の質量を持つ恒星は、進化の末に赤色巨星となり、その後、外層のガス物質は徐々に膨張して宇宙空間に散逸し、中心核に白色矮星が残ります。

現代の天体物理学では、十分な質量を持つ星だけが進化の後期に超新星爆発を経験できると考えられています。必要な質量は太陽の少なくとも8倍です。このタイプの恒星の進化の最終段階では、中心核の水素燃料が燃え尽きた後、巨大な重力圧によって核融合連鎖反応が発生し、鉄に到達するまで継続します。最終的には、崩壊によって熱核爆発が起こり、外殻や恒星全体が爆発することになります。

この進化の法則によれば、シリウス A が超新星になる可能性はありません。しかし問題は、シリウスが連星系だということです。連星系とは、2 つの星が重力によって結びつき、互いに絡み合っている系です。シリウス B はシリウス A よりも質量が小さい伴星ですが、実際には死んだ星、つまり白色矮星です。

この白色矮星の質量は太陽とほぼ同じで、死ぬ前はシリウス A よりも質量の大きい恒星だったことを意味します。天文学者はモデル化を行い、シリウス B は死ぬ前は太陽の約 5 倍の質量を持つ青色矮星だった可能性が高いと推定しました。

白色矮星は、特殊な高密度の天体です。サイズが非常に小さいため、質量は太陽と同じくらいですが、体積は地球と同じくらいです。そのため、その原子は極度の重力によって平らにされ、惑星物質は電子の縮退圧力に支えられた密度が1立方センチメートルあたり1〜10トンの高密度の特殊な物質になります。

白色矮星は恒星の死体ですが、まだ元気に生きています。その巨大な重力により、太陽系は近くの星間物質を吸収します。これを集積とも言います。研究により、電子縮退圧力の最大限界は太陽の質量の1.44倍しか支えられないことが判明しました。この法則は、スブラマニアン・チャンドラセカールという名のインド系アメリカ人物理学者によって発見され、この限界はチャンドラセカール限界と呼ばれています。

白色矮星が集積して質量がチャンドラセカール限界まで増加すると、重力によって恒星はさらに収縮し、圧力が突然、電子縮退圧力から中性子星縮退圧力に変化します。この突然の崩壊は白色矮星全体の炭素核融合を刺激するでしょう。エネルギーは瞬時に放出することができず、熱暴走により巨大なエネルギーバーストが発生します。この爆発はIa型超新星と呼ばれます。

シリウス B はチャンドラセカール限界を超えて集積するでしょうか?

私の答えは非常にありそうです。これはシリウス連星系がそれほど遠くないからです。 2つの星の平均距離は約20AU、つまり20天文単位で、これは地球から太陽までの平均距離である約1億5000万キロメートルと等しく、20AUは約30億キロメートルです。

シリウス B が太陽の 1.44 倍の質量にまで増加しようとする場合、空間にある少量の塵ではまったく不十分です。質量をチャンドラセカール限界まで増加させるには、シリウス A から大量の物質を吸収する必要があります。

私たちの太陽系には星が一つしかありません。太陽の重力は、8つの惑星といくつかの準惑星、数百の惑星の衛星、無数の小惑星、塵などを固定しています。重力の影響範囲は1光年以上に達します。太陽から最も遠い惑星である海王星は 30AU 離れており、冥王星は 40AU 離れています。

シリウス連星はわずか 20AU しか離れていないため、シリウス B がシリウス A から食料を得ることは不可能ではありません。

しかし、そのような遠距離では、B が A から 0.44 太陽質量を得るのは困難と思われます。また、世界が終わるとしてもそれを達成するのは難しいでしょう。その機会は、シリウス A が死ぬとき、つまり今から 15 億年後に訪れるかもしれません。シリウスの中心核の水素が燃え尽きると、核融合はヘリウム、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素の順に進み、最後に炭素で終わります。

同時に、恒星の重力と内部放射線の変化により外層物質が膨張し、恒星の半径は200～300倍に拡大します。こうして、半径約119万キロメートルのシリウスAは、半径約2億3800万～3億5700万キロメートルの赤色巨星となる。それでも、2つの星の間の距離はまだ非常に遠いです。星 B の可能性としては、星 A の膨張が継続し、最終的に惑星の周辺にある物質の 70% 以上が周囲の空間に拡散するということが挙げられます。

このようにして、多くの星間物質がシリウス B の巨大な重力に捕らえられることになります。シリウス A が宇宙に失った太陽の 1.4 倍の質量の物質が、最終的にシリウス B に捕らえられ、衝撃的な爆発を引き起こすほどの質量に達することはあるのでしょうか?難しいですね。

しかし、2つの恒星は約9.1年の周期で絡み合っているため、そのような周期では、コンピュータゲームで豆を食べる蛇のように、シリウスBは軌道の周辺に広がった恒星Aの物質をすべて食べてしまい、衝撃的な爆発を起こすのに十分なエネルギーを集める可能性があります。

シリウスの超新星爆発はどれほど強力で、地球にはどのような影響を与えるのでしょうか?

白色矮星から爆発する超新星は、la型超新星と呼ばれ、その爆発条件はチャンドラセカール限界、つまり太陽質量の1.44倍に従います。したがって、LA の超新星はすべて、同様の爆発エネルギーを持ち、基本的に同じ明るさと光度曲線を持つ、極めて標準的なエネルギー爆発です。

このように、このような超新星爆発が発見された場合、爆発がどれだけ遠くで発生しても、その絶対的な大きさは同じになるはずです。しかし、距離が異なれば、星の見かけの等級も異なり、つまり、見える明るさも異なります。これら 2 つの明るさは変換することができ、変換によって爆発がどのくらいの距離で発生したかがわかります。そのため、このタイプのIa型超新星は宇宙の標準光源と呼ばれています。

天体から放出されるエネルギーは明るさに比例するため、天体の明るさがわかればそのエネルギーを計算することができます。天体の明るさを測る基準は等級です。絶対等級は、32.6 光年の距離にある自発光天体の明るさを指し、見かけの等級は人間の目で見ることができる明るさを指します。

等級が小さいほど明るくなり、等級が負になるほど明るくなります。各等級の明るさは2.512倍異なります。太陽の絶対等級は4.83ですが、超新星爆発の絶対等級は-19.5に達することもあり、これは太陽の明るさの約40億倍に相当します。

超新星爆発時に放射されるエネルギーは 10^46 ジュール/秒に達することがありますが、太陽の放射エネルギーは 3.78*10^26 ジュール/秒です。太陽の100億年の寿命における総放射線量は約1.2*10^44ジュールです。つまり、超新星爆発によって放射されるエネルギーは、太陽 100 兆個が放射するエネルギーに相当し、これは太陽 83 個が一生の間に放射する総放射量に相当します。

では、シリウスの位置で超新星爆発が起こった場合、そのエネルギーは地球にどのような影響を与えるのでしょうか?超新星爆発は半径50光年以内のすべての生命を絶滅させる可能性があると言う人もいます。この力をどのように理解すればよいのでしょうか?

科学的研究によれば、超新星爆発により恒星全体が極めて微細な粒子に吹き飛ばされると考えられています。これらの高エネルギー荷電粒子は衝撃波の形であらゆる方向に広がり、最高速度は毎秒20,000キロメートル以上に達し、これは光速の7％近くになります。これらの衝撃波はわずか122年で地球に到達し、種の絶滅を引き起こす可能性が高い。

最初に到着するのはもちろん爆発による光であり、光速で移動し、8.6年後に到着します。これはどれくらい明るいですか？絶対等級と見かけ等級の変換式は、m=M-5log(d0/d) です。ラジウム超新星の絶対等級 M が約 -19.5 であることに基づいて、これを式に代入すると、地球から見たシリウス超新星の見かけの等級 m は約 -22.39 であると推測できます。

太陽は私たちに最も近い恒星であり、見かけの等級は -26.7 です。月は私たちに最も近い地球外天体であり、太陽光の反射により、満月のときの見かけの等級は -12.7 です。シリウスが超新星爆発を起こしたときの見かけの等級は約 -22.39 です。この観点から見ると、シリウスから爆発する超新星はまだ太陽ほど明るくなく、明るさの差は数十倍あります。しかし、この超新星の明るさはすでに太陽を除く天体の中で最も明るく、月の明るさの 7520 倍にもなります。

このように、シリウスが超新星爆発を起こす期間中、人々は空に非常に明るい星を見ることができます。これは、太陽と重ならない限り、昼間でも見ることができます。

しかし、これは可視光だけです。爆発で発生するX線やガンマ線は生命に有害な高エネルギー放射線です。このような放射線が大量に存在し、光速で地球に到達した場合、衝撃波が到達する前に地球上の生命は破壊されるでしょう。

人類はシリウスの超新星爆発を生き延びることができるのか？

私の答えは間違いなく「はい」です。しかし、この「できる」には2つの意味があります。一つは、人類はとっくに絶滅しており、これらすべてを経験することができず、この災害を逃れたとも考えられるということ。もうひとつは、もし人類がその日まで生き延びることができれば、この状況に対処するのは容易だっただろうということです。

前提としては、シリウスが超新星爆発を起こすには 100 億年以上かかるということです。

人類の進化の歴史はわずか数百万年、ホモサピエンスの進化の歴史はわずか数万年、人類の文明の歴史はわずか数千年、そして人類の技術の歴史はわずか数百年です。現在、人類の技術開発は急速なスピードで進み、現代の1年は古代の数千年にほぼ相当します。

もし神が人類にあと十数年ほどの存続を与えることができたなら、科学文明は想像を絶する神のレベルの段階にまで発展していただろう。あるいは、人類はすでに地球を離れ、他の恒星系や銀河系外の銀河にまで植民地を築いていただろう。このように、シリウスでどんな予期せぬ出来事が起こっても、それは人類にとって依然として大きな出来事となるのでしょうか?

したがって、人類が心配すべきことは、生存と発展のボトルネックに到達した今、継続できるかどうかという問題である。環境問題や温室効果問題、核戦争などの自己破壊問題、小惑星衝突問題、太陽の壊滅的な変化などは、ダモクレスの剣のように、人類の生存という一本の橋に常にかかっています。一度落ちたら回復は不可能です。

したがって、科学技術を発展させ、生態環境を保護・回復し、相互に利益のある協力を実現することこそが人類にとって唯一の道なのです。超新星爆発を心配するなら、ベテルギウスのことをもっと心配した方がいいだろう。ベテルギウスはずっと前に進化の終わりを迎え、非常に大きく不安定になった星だ。最近の観測によると、ベテルギウスは時々明るく見えたり暗くなったりし、爆発寸前であるように見えることが分かっています。あるいはすでに爆発しているのかもしれません。

もし今日爆発したとしても、その星は地球から約 700 光年離れているため、700 年後まで見ることはできないでしょう。

ベテルギウスは太陽の約12倍の質量を持つ星です。恒星進化の法則によれば、必ず大きな爆発が起こるはずだ。しかし、距離が遠いため、爆発が起こったとしても地球上の生命に大きな影響は及ばないだろう。満月と同じくらいの明るさの星しか見えません。

しかし、例外が 1 つあります。もし爆発中にガンマ線バーストが発生し、それが地球に向けられたら、私たちは大変なことになるでしょう。いくつかの研究では、4億4500万年前に起きたオルドビス紀の大量絶滅は、超新星爆発によるガンマ線バーストの結果であると考えられています。この超新星は、地球から6,000光年離れた2つの中性子星の衝突によって発生しました。

しかし、ベテルギウスのようにそれほど質量の大きくない恒星でガンマ線バーストが発生する確率は非常に小さい。たとえ発生したとしても、それが地球に直接向かうものではないかもしれません。ですから、どうぞごゆっくり、お好きなだけ食べて飲んで、お腹がいっぱいになったら寝てください。どう思いますか？議論やコメントを歓迎します。

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