宇宙の水は、これまで考えられていたよりもビッグバンに近い時期に形成された可能性がある

宇宙に水が存在することは誰もが知っていますが、それが予想よりもずっと早く、特にビッグバンの頃に出現したと知ると驚くかもしれません。

私たちが知っている生命はいつ宇宙に初めて現れたのでしょうか?

確かなことは分からないが、その答えは宇宙に水が初めて現れた時期と密接に関係している。そして新たなシミュレーションによれば、生命を育む水の形成に貢献した第一世代の星は、ビッグバンからわずか1億～2億年後に出現したと示唆されている。これにより、これまでの推定よりも5億年以上前倒しとなる。

研究結果は、初期の水の一部が銀河形成初期の「高温」の混沌を生き延びていれば、新生惑星に吸収され、ビッグバンからわずか数億年後には水が豊富な居住可能な世界が誕生した可能性があることを示唆している。それはすべて、宇宙で生命がどのように始まったかという物語に関係しています。

チリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）によるこれまでの観測では、ビッグバンから約7億8000万年後、若い宇宙が軽い水素とヘリウム、そして少量のリチウムで満たされていた頃に水が存在していたことが示されていました。これらの元素は、天文学者に種族 III 星として知られる第一世代の星を形成しました。種族 III 星は非常に質量が大きく (太陽の数十倍、あるいは数百倍)、超新星として死ぬまでかなりの寿命がありました。酸素を含む宇宙の重い元素の多くは、これらの恒星内部で核反応によって形成され、恒星が死ぬと宇宙空間に拡散し、次の世代の恒星に組み込まれます。

宇宙で水が最初にいつ形成されたかを判断するために、研究チームは数値モデルを使用して、太陽の13倍の質量を持つ初期世代の星と、太陽の200倍の質量を持つ2つの星の生涯を追跡しました。この小さな仮想の恒星は、超新星爆発で消滅するまで1,220万年間存在し、約0.051太陽質量（地球質量の約17,000倍）の酸素を周囲の宇宙に放出した。シミュレーションで作られた大きな恒星は、わずか260万年で燃料を使い果たし、爆発的な終焉を迎え、5500万太陽質量（1800万地球質量以上）の物質を宇宙に放出した。

シミュレーションによれば、各超新星からの衝撃波が外側に放射されると、乱流密度変動によって波紋が生じ、その結果ガスの一部が凝縮して高密度の塊になるという。これらの残された塊は、超新星から放出された酸素などの金属が豊富に含まれており、初期宇宙全体で水が形成される最適な場所であった可能性が高い。

雲の密度が高い部分に位置する水は、近くの星からの強い放射線による破壊から守られるだろう。しかし、研究チームは各星団に 1 つの星だけが形成される最も単純なケースを考慮したが、理論的なシミュレーションでは複数の星系が形成されるのが普通だと示唆されている。空にある星の半分以上には、1 つ以上の兄弟星があります。より近くに星が多ければ、星団はより密度が高く、水に富むが、放射線もより多くなる。

これらは宇宙科学者が答えようとしている最初の質問ですが、このテーマをさらに深く掘り下げて詳細に調査するには、より多くの人材が必要です。