最近、金相場が乱高下しております。特に気を付けていますか？ World Gold Council によると、2025 年末までに世界で採掘される金の総量は約 216,000 ～ 220,000 トン[1]となり、これはオリンピックの水泳プール (長さ 50 メートル、幅 25 メートル、深さ 2 メートル) を約 4 つ半埋めるのに十分な量です。
出典：CCTVニュース
金は常に富の象徴でした。それだけではなく、非常に重要な工業原料の一つでもあります。
金は優れた電気伝導性、熱伝導性、延性を備えているため、信号伝送の安定性を確保するために、携帯電話、コンピューター、チップ、その他の電子製品のコアコンポーネントに広く使用されています。航空宇宙分野では、宇宙線や極端な温度に耐える宇宙船のコーティングを作るために使用できます。医療分野では、生体適合性と耐久性を備えた金合金は、義歯、心臓ステント、その他の器具の製造に使用されています。さらに、金は偽造防止印刷や精密機器の製造など、さまざまな分野でも使用されています...
しかし、金がどこから来るのか考えたことがありますか?
地球にはそんなことはできません。
空気を構成する酸素、生命を構成する炭素、鋼を構成する鉄など、私たちの周りにある元素のほとんどは星の中で生まれます。星は宇宙の自然の「炉」のようなものです。核内での核融合反応により、軽い元素（水素、ヘリウム）が段階的に重い元素（水素、ヘリウム以外の元素、炭素、窒素、酸素、ケイ素、鉄など）に鍛造されます。
しかし、星の「鍛造能力」にも明確な上限があり、それは天文学で「鉄の限界」と呼ばれるもので、星の内部の核融合が鉄元素に達すると完全に停止します。周期表の鉄以降の元素はすべて、星の内部での通常の核融合では生成できません。
鉄原子を金やプラチナなどの貴金属など、それより重い元素に変えようとすると、エネルギーを放出できないだけでなく、膨大なエネルギーを飲み込む必要があります。このエネルギーレベルは、星の内部の環境をはるかに超えています。宇宙で最も重い星でさえ、そのような条件を達成することはできません。
長い間、天文学者は金が 2 つの中性子星の衝突という極端な出来事から生まれたのではないかと疑っていました。
死んだ星の究極の衝突
いわゆる「中性子星」は、大質量星の死後に残された残骸です。星が核燃料を燃やし尽くした後、星は自身の重力で急激に崩壊し、中心部の物質は極限まで圧縮されます。典型的な中性子星の直径はわずか約 20 キロメートル (都市の大きさに相当) で、質量は太陽 1.4 個分です。スプーン一杯の中性子星の物質の重さは数億トンです。
2 つの中性子星が重力の影響で螺旋を描き、最後に激しく衝突すると、衝突時の温度と圧力は、材料を金やプラチナなどの貴金属に鍛造するのに十分な値になります。 2017年、天文学者たちは初めてこのプロセスを自分の目で「観察」しました。
2017 年 8 月 17 日、米国の LIGO 重力波検出器と欧州の VIRGO 検出器が一連の重力波信号を同時に捕捉しました。わずか 1.7 秒後、フェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡もガンマ線バーストを検出しました。
その後、世界中の約70台の地上望遠鏡と宇宙望遠鏡が赤外線、X線、紫外線、電波など複数の波長帯で追跡観測を実施し、その信号が地球から1億3000万光年離れたヒドラ銀河NGC4993で起きた連星中性子星の合体現象によるものであることが確認された。
この観察により、衝突生成物には大量の重元素が含まれていることが確認されました [2]。
米国国立科学財団、米国LIGOなどが提供したレンダリング図には、2つの中性子星が合体している様子が示されている。画像出典：新華社通信
「合併の合併」――「宇宙的郊外」の秘密
ついに金の出所が判明した。しかしその後、新たな問題が生じました。天文学者は、多くの銀河の外側領域にある星にも金とプラチナが含まれていることを発見しました。これは奇妙だ。銀河の外縁部は宇宙の端にあり、星も超新星爆発もほとんどありません。論理的には、それほど多くの要素があるべきではありません。この金はどこから来たのでしょうか？
最近、Astrophysical Journal Letters に発表された新しい研究は、この困難な問題に対する考えられる答えを提供します。
2023 年 9 月 6 日、フェルミ衛星に搭載されたガンマ線バースト モニターは、短いながらも激しいガンマ線バーストを捕捉し、GRB 230906A として記録しました。ガンマ線バーストは宇宙で最も激しい爆発の 1 つであり、短時間持続する爆発は通常、中性子星の衝突の兆候です。
フェルミ望遠鏡は広い視野を持っていますが、その位置決めは十分正確ではありません。次に、ニール・グリルス・スウィフト天文台が引き継ぎ、場所を少し狭めました。その後、チャンドラ X 線天文台が現場に到着し、18 時間半の露光を使用してバースト源の座標を正確に特定しました。
座標が決定された後、天文学者たちはハッブル宇宙望遠鏡をその場所に向けると、予期せぬ光景が見えました。そこには、長さ 60 万光年の巨大なガス流の中に非常に暗くて小さな銀河が隠されていたのです。私たちの天の川の直径は約 10 万光年で、このガスの流れはその 6 倍の長さです。
このアーティストのイラストには、約 85 億年離れた銀河群が合体している様子が示されています。銀河の1つで2つの中性子星の合体がキロノバ爆発を引き起こし、これまでに検出された中で最も遠いガンマ線バーストとなる可能性のあるものを発生させた。画像クレジット: Maria Cristina Fortuna/NASA/Chandra X 線センター。
ストリーム自体は、古い衝突の残骸です。数億年前、銀河のグループが衝突しました。巨大な重力潮流が各銀河からガスと塵を引き抜き、銀河間空間に投げ込み、この壮大な長いガスの川を形成しました。そして、この長い川の中で、ゆっくりと引き出された物質が集まり、冷え、崩壊し、小さな銀河が誕生しました。
ここから物語はより洗練され始めます。この小さな銀河には多くの星が誕生し、そのうちの2つの大きな星は一生を終えて中性子星に崩壊しました。 2 つの中性子星は重力によってどんどん近づいてきました。長い螺旋を経て、ついに両者は衝突した。この衝突ではガンマ線バーストの閃光が発生し、金やプラチナなどの重元素も生成され、銀河の外縁や銀河間空間に飛散した。
一つの衝突が新たな衝突を生みます。銀河と銀河が衝突し、ガスの川が引き出されます。小さな銀河がガス川から成長します。小さな銀河にある 2 つの中性子星が再び衝突し、新しく生成された金が四方八方に飛散します。この因果関係の連鎖は数億年に及び、銀河規模から原子核規模までの 2 つの暴力的な出来事を結びつけています。
宇宙の「錬金術」
そして、なぜ銀河の端にある星に金があるのかという天文学者を悩ませてきた疑問に、気の利いた説明がついた。 GRB 230906A のような中性子星の衝突は、銀河の外縁や銀河間空間でさえ発生し、銀河の中心から遠く離れた場所で重元素を生成する可能性があります。これらの元素は周囲のガスに混ざり、このガスから次世代の星が生まれると、その中に金やプラチナが自然に現れます。
47 億光年離れた、ガス川の奥深くに隠された小さな銀河で、2 つの死んだ星の残骸が最後の衝突を完了し、金塊を生成しました。その後、それは星間空間に散逸し、将来の星に吸収されるのを待ちました。プロセス全体には目的がなく、純粋に規則に従って動作する重力と核物理学の結果です。しかし、宇宙が最も荒れ果てた場所で本物の金を精製できるのは、この一連のルールのおかげです。
参考文献
[1] https://www.gold.org/goldhub/data/how-much-gold?utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=GOLDHUB%3A+Your+ Weekly+Gold+Market+Round-up%2C+March+22%2C+2024
[2] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1581440390226754196&wfr=spider&for=pc
[3]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2a2f#artAbst
企画・制作
著者丨Steed Astronomy普及クリエイター
レビュー丨Huang Song、清華大学天文学部准教授
企画丨徐来
編集者丨ヤン・ヤーピン
レビュアー｜徐来、張林林