なぜ科学者たちは小さな赤色矮星を生命のゆりかごだと考えているのでしょうか?

星は宇宙の可視物質の主体であり、宇宙全体の可視物質の 99% を占めています。なぜ可視物質と呼ばれるのでしょうか?なぜなら、現代の科学研究では、宇宙を本当に支配しているのは目に見えない物質、つまり暗黒エネルギーと暗黒物質であると考えられているからです。これら 2 つの物質は、宇宙全体の質量とエネルギーの約 95% を占めています。

今日は目に見えず触れることのできないものについてではなく、私たちの視界の中で活動している星についてのみお話しします。

星の一生は、誕生期、成熟・安定期、衰退期の3つの段階に大別できます。誕生と崩壊の期間は星の全寿命のごく一部を占める一方、成熟と安定の期間は星のライフサイクルの 90% 以上を占めます。この時期の星は主系列段階と呼ばれ、主な活動的な星としては赤色矮星、橙色矮星、黄色矮星、青色矮星などがあります。

褐色矮星が存在すると信じている人もいますが、これらの星は小さすぎて中心の圧力と温度が水素の核融合を起こせないため、失敗した星と呼ばれています。彼らはスターの中に数えられるべきではないと思う。

このように、実際に光や熱を放出し宇宙に放射している星は、主に赤色矮星、橙色矮星、黄色矮星、青色矮星などの星を指します。これらの星の種類の分類は、主に星の質量とスペクトルに基づいています。一般的に言えば、星の質量が大きいほど、明るくなります。したがって、星のスペクトル型はその質量と密接に関係しています。

天文学者は恒星のスペクトル型を O、B、A、F、G、K、M の 7 つのカテゴリに分類します。もちろん、各スペクトル型には振幅範囲があるため、科学者はこれらの主要カテゴリをそれぞれ 10 のサブタイプに分類し、A1 や G2 など、0 から 9 までのアラビア数字でラベル付けします。

これは、太陽質量の倍数で表した恒星質量とスペクトルの関係を、小さいものから大きいものの順に並べたものです。M 型スペクトルを持つ恒星は、質量が太陽の 0.08 倍から 0.5 倍の範囲で、表面温度が約 2000 ～ 3500 K、色が赤色、明るさが太陽の約 4% である最小の赤色矮星を指します。 K 型スペクトルを持つ星はオレンジ色の矮星で、質量は太陽の 0.5 ～ 0.8 倍、表面温度は約 3500 ～ 5000K、色はオレンジ色、明るさは太陽の約 40% です。

さらに上は私たちの太陽が属するスペクトル型、つまりスペクトル型Gの黄色矮星、質量は太陽の0.8～1.7倍、表面温度は約5000～6000K、色は淡い黄白色、明るさは太陽の0.8～6倍です。私たちの太陽は G2 スペクトル型に属します。

その上には青色矮星があり、これは黄色矮星よりも質量が大きい星です。これらは、F、A、B、O の 4 つのスペクトル レベルに分けられます。これらの星は、太陽の質量の数倍から数十倍、さらには 200 倍に及ぶ中質量から大質量の星です。表面温度は 7500K から 60000K の範囲で、色は白から青みがかった白、さらには青までさまざまです。その明るさは太陽の数万倍から140万倍に及びます。

このことから、星の質量が大きいほど、温度が高くなり、明るさが増すことがわかります。しかし、星の寿命はその質量と正反対です。つまり、星の質量が大きいほど、寿命は短くなります。

その結果、星の寿命は大きく異なり、最も短いものは数百万年、最も長いものは数兆年続きます。これは、星の質量が大きいほど、中心核の圧力と温度が高くなり、水素の核融合反応がより激しく激しくなり、燃料の消費が速くなるためです。星の中心核の燃料が使い果たされると、星は進化と崩壊の最終段階に達します。

星の質量が大きいほど、その死はより激しくなります。一般的に、質量が太陽の0.5倍を超える恒星は、その寿命の終わりにヘリウムの核融合を引き起こし、最終的に炭素と反応して恒星が膨張し、赤色巨星になることがあります。外側のガスが宇宙に消散した後、中心核には小さな白色矮星が残ります。

太陽の8倍以上の質量を持つ恒星は、進化の末期に熱核暴走を起こして超新星爆発を起こし、最終的には粉々に吹き飛ばされて宇宙空間に散らばるか、中性子星を残します。太陽の30～40倍以上の質量を持つ恒星の場合、超新星爆発後に中心にブラックホールが残ります。

今日は、星の英雄的な死について詳しくは触れませんが、主に、科学者が赤色矮星についてなぜそれほど楽観的で、赤色矮星が生命のゆりかご、あるいは生命の最終目的地であると信じているのかについてお話しします。

実は、簡単に言えば、理由は3つあります。

まず、赤色矮星は寿命が最も長いです。

星は生命がエネルギーを得るための基本条件です。星がなければ、知性や文明の出現はおろか、生命も存在しなかったと言えるでしょう。太陽と地球が46億年も生きているのと同じように、生命と文明も発展するのに時間がかかります。生命も数十億年にわたる発展と進化を遂げてきましたが、知恵と文明は未だに非常に未熟です。人類の活動範囲は、今もなお、私たちを生んだ地球上、そして地球上を放浪することが主となっています。太陽系外へ飛び出すのはさらに夢のようなことだ。

私たちの太陽は寿命が約100億年の黄色矮星です。地球は現在46億歳で中年期を迎えており、50億年以上後には死滅するだろう。その時、太陽は赤色巨星となり、直径が現在の約200倍に拡大し、その端は地球の軌道のすぐ近くになります。地球はおそらく蒸発し、太陽の燃える炎に飲み込まれるだろう。

この時までに、太陽系全体が崩壊し、生命は存在しなくなっていました。研究によれば、太陽は今後最大で10億年しか生命を維持できないことが示唆されている。 10億年後には太陽の明るさは10％増加するでしょう。その時までに、地球は干上がり、居住不可能な状態になるでしょう。

人類が恒星間文明を発展させ、太陽系を脱出し、他の恒星系や恒星間空間で生き続けることができるかどうかは誰にもわかりません。しかし、非常に重要なことが1つあります。それは、生命の妊娠と文明の発展と向上には安定した宇宙環境が必要であり、したがって星の寿命と安定期間は生命と文明の発展に必要な条件であるということです。

赤色矮星は質量が最も小さい星であり、恒星の寿命の法則によれば、寿命が最も長い星です。質量とスペクトルによると、最大の赤色矮星は太陽の0.5倍の質量を上限とし、寿命は最長500億年である。より小さな赤色矮星の寿命は 1000 億年以上です。さらに小さい赤色矮星でも、寿命は数兆年、あるいは数十兆年にも及ぶことがあります。

赤色矮星の寿命は非常に長く、生命と知性の妊娠と発達に長期にわたる機会を提供します。将来、人類が太陽系内に留まることができなくなったとき、人類は必然的に定住できる他の恒星間空間を探さなければならなくなるだろう。最も可能性の高い選択肢は、赤色矮星を探し、そこにある安定したエネルギーに頼って繁殖と生存を続けることです。

私たちに最も近い星は、プロキシマ・ケンタウリと呼ばれる赤色矮星です。プロキシマ・ケンタウリは、質量が太陽の約8分の1で、寿命は1000億年以上です。科学的探査により、地球から4.22光年離れたこの弱い恒星には3つの惑星があり、そのうち2つは生命居住可能領域にあり、生命が存在するための条件を備えていることが判明しました。

第二に、赤色矮星は宇宙で最も一般的な星です。

天の川銀河には約4000億個の恒星があり、そのうち太陽のような黄色矮星は約10％、太陽よりも質量が大きい恒星の総数はわずか約3％、太陽よりも質量が小さいオレンジ矮星は約12％、残りの75％は赤色矮星です。

観測により、太陽に最も近い 10 の恒星グループのうち 9 つが赤色矮星であることが判明しました。太陽の比較的近くを周回する50個の恒星のうち、80%以上が赤色矮星です。

さらに科学的な調査を進めた結果、太陽を中心とした 1,500 光年の範囲内で、異なるスペクトル型の星の数は、およそ、B 型星が 1%、A 型星が 1.5%、G 型星が 13%、K 型星が 20%、M 型星が 56% であることがわかりました。スペクトルと質量の関係に基づくと、赤色矮星が大部分を占めており、これは上記の推定と一致しています。

宇宙には赤色矮星が数多く存在し、その寿命は極めて長い。そのような場所で生命と文明が育まれ、発展することができないというのは不合理に思えます。

第三に、赤色矮星は長期間安定しています。

生命の懐胎には比較的快適な環境が必要ですが、初期の科学的研究では、赤色矮星は生命の懐胎と繁殖には適しておらず、もちろん文明の懐胎と発展にも適していないと考えられていました。

その理由は、赤色矮星は質量が小さく、温度が低いからです。生命を育むことができる惑星が、そのような低質量の恒星の居住可能領域内にあるためには、その惑星は恒星に非常に近い必要があります。いわゆるハビタブルゾーンとは、恒星から惑星に放射される熱が、液体の水が存在するのにちょうど適した範囲、つまり惑星の温度が0度前後の適切な範囲にあることを指します。

たとえば、地球に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリには、プロキシマbと呼ばれる居住可能領域内の惑星があり、主星からわずか700万キロメートルしか離れていません。これは、地球から太陽までの距離のわずか21分の1に過ぎません。この距離により、2 つの現象が必然的に発生します。まず、惑星の軌道速度は、恒星の重力に引き込まれないように非常に速くなければなりません。第二に、恒星の重力によって潮汐ロックされ、常に恒星の方を向くことになります。

プロキシマbの場合もそうです。公転周期はわずか 11.2 日で、プロキシマ・ケンタウリに潮汐固定されています。片側は星に焼かれ、もう片側は常に星から背を向け、暗闇と寒さに包まれています。

もうひとつの理由は、赤色矮星はライフサイクルの初期段階では通常フレア星として現れるため、その表面は極めて不安定で、莫大なエネルギーのフレアを放出することが多いということです。このような巨大なエネルギーの爆発は、太陽では 10 年から 20 年に 1 回しか発生しませんが、赤色矮星では数週間ごとに発生します。

このように、この巨大なエネルギー放射線は、非常に近い距離にある惑星を攻撃し、生命や文明を育むことを不可能にします。

しかし、数十年にわたる追跡調査を経て、科学者たちは新たな発見と理解に至った。赤色矮星惑星が潮汐固定されていたとしても、その惑星に大気があり、その大気の流れが熱を伝達できる限り、永遠に暗い面でも暖かいということだ。赤色矮星は初期の野生段階を過ぎると、安定した成熟期に十分な時間を持つ。この期間は太陽のような恒星よりもはるかに長く、生命の懐胎と文明の発展に十分な長さである。

したがって、比較すると、現在の科学界、特に天文学者や宇宙学者は、宇宙における生命と文明の妊娠と発展に最も適したゆりかご、あるいは宇宙文明の最終目的地は、赤色矮星に他ならないと一般的に考えています。これについてどう思いますか？議論を歓迎します。

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