人間の材料はどこから来たのか？
さまざまな元素から、生命が生まれた
現在の地球では、私たち人間をはじめとして、陸上にも多くの生命が繁栄しています。しかし、かつては海だけが生命の世界でした。地球最初の生命も、太古の海中で誕生したのです（※）。海に含まれるさまざまな元素が組み合わさり、しだいに複雑な有機物となるという化学反応が、やがて最初の生命の誕生につながったと考えられています。こうして生命を生み出した地球は、では、どのようにしてこの宇宙に生み出されたのでしょうか？

※ 地球最初の生命がいつ生まれたのかはまだわかりませんが、発見されている最古の化石は約35億年前のものです。
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サムネイル一覧オーストラリア西部で発見された、約35億年前の微生物の化石。生物そのものの化石としては、世界最古のものです。(J.William Schopf, UCLA)

生命を生み出すステージが整う
地球を含む太陽系の仲間たちが誕生したのは、およそ46億年前。宇宙を漂うガスやダストの集まりからしだいに太陽がかたちづくられ、同じ頃、その周囲をまわるガスやダストが、地球やその他の惑星となっていったのです（※）。では、このガスやダストはどこからやってきたのでしょうか？ それは、いまはもう消えてしまった星々が宇宙に残した"かけら"だったのです。

※ 宇宙には、空気のような気体（ガス）と、砂粒よりも細かな固体（ダスト）が大量に漂っている場所があります。

参考リンク： すばるが写し出した、うずまき状の惑星誕生現場（すばる望遠鏡）
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サムネイル一覧すばる望遠鏡が撮影した、ぎょしゃ座AB星の周囲をまわる原始惑星系円盤。中心の明るい星をマスクで隠すことにより、そのまわりのうずまき状のダスト円盤がくっきりと写し出されています。(国立天文台)ハワイの電波望遠鏡JCMTがとらえたエリダヌス座イプシロン星のダスト円盤。中心の星のまわりに、惑星の材料となるダストが大量にまわっています。(JCMT/JAC)

元素をばらまく、星の大爆発
太陽系の材料となった"かけら"たち。それを作り出し、宇宙にばらまいた原因のひとつは、「超新星爆発」でした。太陽の10億倍以上も明るく輝く爆発は、星の中の元素を一気に別の元素へと変えてしまいます。2種類ある超新星爆発のうち、太陽よりずっと重い星が起こす爆発では、星の中で作られた酸素などの元素が飛び散ると同時に、金や銀のような元素が生み出されます。一方、白色矮星を含む連星が起こす爆発は、私たちの身体に欠かせない鉄を作り出します。

参考リンク： 虚空に浮かぶ超新星残骸：すばる主焦点カメラが捉えた かに星雲の変容（すばる望遠鏡）
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サムネイル一覧1987年2月に大マゼラン雲に出現した超新星1987A。この超新星爆発によって飛び出した微粒子ニュートリノを検出した功績が認められ、小柴昌俊氏は2002年のノーベル物理学賞を受賞しました。(AAO/David Malin Images)すばる望遠鏡が撮影した、超新星残骸M1（かに星雲）。1054年に出現した超新星爆発のなごりで、「木星ほどの明るさで輝いた」と藤原定家の『明月記』にも記されています。(NAOJ)ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した、はくちょう座の網状星雲。およそ15,000年前に爆発した超新星の残骸です。周囲のガスと交じり合いながら広がっていく星雲の姿がとらえられています。(NASA/STScI)

一生を終え、宇宙に溶ける星
すべての星が、一生の最後に超新星爆発を起こすわけではありません。太陽のような比較的軽い恒星は、寿命がくると、ゆっくりと自分自身を作っていた物質を宇宙に放出し始めます。星はしだいにかたちを失い、白色矮星と呼ばれる芯だけを中心に残して、宇宙空間へと広がっていくのです。これを「惑星状星雲」といい、丸いものや細長いものなど、さまざまな姿のものがあります。

参考リンク： すばる望遠鏡が捉えた環状星雲を包む微かなハロー（すばる望遠鏡）
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サムネイル一覧ハッブル宇宙望遠鏡がとらえた惑星状星雲NGC7293。「らせん状星雲」というニックネームがついています。(NASA/STScI)ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した惑星状星雲ハッブル５。中心の星から噴き出した高温のガスが、両側のガスを熱気球のように膨らませています。(NASA/STScI)「赤い長方形」と呼ばれる星雲HD44179。中心星から円錐状に放出されているガスとダストが、この不思議な形を作り出していると考えられています。(NASA/STScI)惑星状星雲NGC6543。別名「キャッツアイ星雲」とも呼ばれ、一生を終える星から間欠的に噴き出されたガスとダストが何層にも広がっている様子が写し出されています。(NASA/STScI)惑星状星雲IC418。数千年前は赤色巨星として輝いていた星から、大量のガスとダストが放出されて作られました。その星雲の大きさは、0.1光年にも達します。(NASA/STScI)
サムネイル一覧「砂時計星雲」の異名を持つ惑星状星雲 MyCn18。中心の星が連星であるために、このような複雑な形の星雲が作られた、という説もあります。(NASA/STScI)

年老いた星は、元素の工場
一生を終える直前の星は、どのような姿をしているのでしょう。星は年老いるとまわりの惑星を飲み込むほどに膨らみ、赤く光る「赤色巨星」になります。このとき中心では、それまで星を輝かせてきた「核融合反応」の燃料である水素がなくなり、ヘリウムから炭素や酸素を作る別の核融合反応が進みます。太陽よりずっと重い星の中心では、さらに核融合反応が進行し、ケイ素や鉄などの元素が作られます。私たち人間にとって重要な元素の多くは、こうして年老いた星の内部で作られたのです。
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サムネイル一覧ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した、オリオン座に輝くベテルギウス。年老いて大きくふくらんだ星で、ベテルギウスを太陽の位置に置くと木星までもが飲み込まれてしまうほどの大きさです。(NASA/STScI)同じスケールで描いた太陽系。ベテルギウスを太陽の位置に置くと、膨らんだ恒星の大きさは木星の軌道に達します。

成熟し、宇宙に輝く星
恒星は生涯のほとんどを「主系列星」として過ごします。これはいわば、一人前となった恒星の呼び名。その中心では、4つの水素原子から1つのヘリウム原子を作る核融合反応が進んでおり、この反応が、恒星が放つ大量の光を生み出しています。星が主系列星として輝く期間は、その星の質量で決まります。太陽より軽い星の場合は100億年以上ですが、太陽の10倍重い星は、数千万年にとどまります（※）。

※ 私たちの太陽の寿命は100億年あまり。50億年以上先の遠い将来には赤色巨星となり、最終段階では白色矮星になります。
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サムネイル一覧おうし座にある散開星団M45。日本では「すばる」と呼ばれます。肉眼では6個くらいの星が集まって見えますが、実際には1000個ほどの若い星からなる星団です。(NASA/STScI, AURA/Caltech)はくちょう座のくちばしの位置に輝く二重星アルビレオ。ふたつの星の色の違いは、星の表面温度の違いを表しており、青いものほど高温の星、赤いものほど低温の星です。(NAOJ)国立天文台石垣島天文台105cm望遠鏡が撮影した球状星団M15。球状星団は年老いた星が数十万個以上集まった天体で、M15の年齢は125億歳と考えられています。(NAOJ)

星の誕生と成長
恒星を生み出す材料となるのは、宇宙に漂うガスやダストです。これらが大量に集まることで、星の赤ちゃんともいうべき「原始星」がかたちづくられます。このとき集まってきた物質の一部は、細いガスの流れである「ジェット」となって、また原始星から飛び出していきます。物質が集まり続け、中心部分の温度と圧力が上がってくると、いよいよ核融合反応が始まり、原始星は主系列星となって宇宙に輝き始めます。

参考リンク： シルエットで浮かび上がった原始星エンベロープの全貌（すばる望遠鏡）
参考リンク：JSTバーチャル科学館・星空紀行
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サムネイル一覧すばる望遠鏡が撮影した原始星M17-SO1。中心に、ガスやダストが濃く集まった部分から生まれている星があります。左右の黒い筋は、原始星の周りをまわるガスやダストの円盤だと考えられています。(NAOJ)ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した原始星ジェットHH47。画像左下にある原始星から噴き出されるジェットの長さは、5兆km(地球-太陽間距離の約3万倍、0.5光年)にも達します。(NASA/STScI)

元素は宇宙を流転する
銀河の中で、ガスとダストが特に濃く集まった場所を「分子雲」と呼びます（※）。その主成分は水素分子ですが、水や一酸化炭素、アルコールなどの分子もごくわずかに含まれます。これらは、前の世代の星たちが一生を終える時にばらまいた多様な元素でできています。つまり星は、元素から生まれ、元素に帰るのです。私たちの身体も、地球や太陽、夜空の星々も、みんなこの元素の大循環の一部。そして宇宙を流転する物質のすべては、さかのぼれば、 宇宙最初の3分間 に生み出された物質へと行きつくのです。

※ 分子雲はみずから光を出さず、暗い雲のように見えるものや、まわりの星に照らされて輝いて見えるものがあります。

参考リンク： すばる望遠鏡が捉えたオリオン星雲（すばる望遠鏡）
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サムネイル一覧暗黒星雲B68。宇宙に雲のように浮かぶガスとダストが、後ろにある星からの光を吸収・散乱させるので、暗黒星雲として観測されます。(ESO)M42（オリオン座大星雲）の中心部。太陽の数十倍も重い星を含め、数多くの星が生まれている現場です。星からの光に照らされて、星雲が輝いています。(NAOJ)M16（わし星雲）の一部。濃いガスやダストが後ろの星雲の光をさえぎって暗く見えます。近くの星の光を受けて、星雲の端が輝いて見えます。(NASA/STScI)