地球はやがて宇宙を放浪する!?──現代物理学が予想するもっともありそうなシナリオ

『時間の終わりまで』読みどころ(10)

世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』著者ブライアン・グリーンによる最新作『時間の終わりまで』から本文の一部を紹介するシリーズ第10回。

なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出す本書から、地球にこの先どんな運命が待ち受けるのかを紹介します。宇宙誕生から138億年の現在を起点に、はるか10³⁰年後までを見渡します。

将来、恒星同士が衝突すると何が起こるのか?

晴れた夜空を見上げれば、天の川銀河には星が密集しているように見える。しかし、実際はそうではない。星たちはわれわれを取り巻く大きな球面上にひしめいているように見えるが、地球からの距離は星ごとに大きく異なるため、星同士は遠く離れているのだ──そんなふうに見えないのは、われわれの視力が弱く、両目の間隔が狭いためだ。

太陽をグラニュー糖の一粒ぐらいまで縮ませて、ニューヨーク市にあるエンパイアステートビルのどこかに置いたとすると、太陽にもっとも近い恒星プロキシマ・ケンタウリに出会うためには、お隣のコネチカット州グリニッジ近くまで車を走らせなければならない。

【写真】エンパイアステートビルphoto by gettyimages

そしてグリニッジに到着したときに、プロキシマ・ケンタウリがまだ近くにいるようにするためには、それほど急いで車を走らせる必要はない。これぐらいの距離の場合、典型的な恒星たちがお互いから遠ざかるスピードは、時速1ミリメートルにも満たないのだ。広範囲に散らばったナメクジたちの鬼ごっこのように、恒星が衝突することはまずないし、ニアミスすることさえ稀だろう。

しかしその結論は、1年、100年、あるいは1000年といった、われわれにとっておなじみの時間スケールにもとづいているため、今ここで考えている、もっとずっと長い時間スケールでは見直しが必要になる。

われわれがエンパイアステートビルの15階にたどり着く頃には、ビッグバンから100万年の10億倍という、とてつもなく長い時間が流れている。そしてそれほどの時間が経つうちには、今は遠くでゆっくりと動いている恒星たちも無数の衝突を経験しているだろう。では、恒星同士が衝突すると、何が起こるだろうか?

(編集部注:著者は宇宙の時間をエンパイアステートビルの階数になぞらえており、1階を宇宙誕生から10年、2階を10 ²=100年、3階を10³=1000年、というスケールで表している。ここでいうエンパイアステートビルの11階は、したがって10¹¹=宇宙誕生から1000億年後を指す)

もし太陽系と別の星がニアミスをしたら

地球に焦点を合わせ、太陽以外の恒星が近づいてくるものと想像しよう。太陽系の侵入者である恒星の質量と軌道によっては、その重力は、地球の運動にそれほど影響しないかもしれない。質量の小さな恒星が遠くを通過するだけなら、それほど壊滅的な事態にはならないだろう。

しかし、質量の大きな恒星が近くを通過すれば、その重力は地球を現在の軌道から引き離して、太陽系を猛スピードで突っ切らせ、深宇宙へと放り出すだろう。そして、地球の身に起こりうることは、ほぼすべての銀河に含まれる、ほぼすべての恒星のまわりで軌道運動している、ほぼすべての惑星の身にも起こりうる。

われわれが宇宙の年表を未来に向かって上るにつれて、気まぐれに近づいてくる恒星の破壊的な重力に引かれて宇宙空間に飛び出していく惑星はどんどん増えるだろう。実際、確率は非常に低いとはいえ、太陽が燃え尽きる前に、地球にそんな運命が降りかかることもありうるのだ。

もしもそうなれば、太陽から遠ざかるにつれ、地球はどんどん冷えていく。なんであれ地表に残っていたものと、海洋の表面に近い層は、すべて凍りつくだろう。地球大気の主な成分である窒素と酸素は、液化して地上に降り注ぐだろう。生命は生き残れるだろうか?

地表では、まず生き残れそうにない。しかし、すでに見たように、現に繁栄している生命は、海洋底に点在する暗黒の熱水噴出孔の中で誕生した可能性があるのだった。太陽光は深い海洋底までは届かないから、太陽がなくなろうと、噴出孔には何の影響もない。

【写真】海洋噴出口photo by gettyimages

太陽の代わりに熱水噴出孔を活動させているエネルギーの大部分は、薄く広がってはいるが、つねに起こっている原子核反応によるものだ。地球内部には放射性元素がふんだんに存在し(たいていはトリウム、ウラン、カリウムだ)、それら不安定な原子が崩壊すると、高エネルギーの粒子を放出する。そうして飛び出してきた粒子が、周囲を温めるのだ。

そんなわけで、太陽内部で起こる核融合で生み出された温もりが届こうが届くまいが、地球は、それ自身の内部で起こる核分裂の温もりを享受し続けるだろう。地球が太陽系から放り出されたとしても、海洋底の生命は、まるで何もなかったかのように、その後さらに何十億年ものあいだ生き続けることは可能なのだ。

そんな恒星バージョンの激突ゲームは、惑星系だけでなく銀河をもかき乱す。さまよえる恒星同士がニアミスしたり、さらに稀にではあるが正面衝突したりすれば、軽いほうの恒星のスピードは上がり、重いほうの恒星のスピードは下がることが多い(バスケットボールの上にピンポン玉を乗せ、そのまま床に落としてみるといい。一緒に床に当たって跳ね返ったとき、ピンポン玉のスピードは驚くほど上がるのがわかるだろう)。

そんな速度変化は、普通はそれほど大きなものにはならないが、長い時間をかけて蓄積されると、恒星のスピードが大きく変わることもある。そうしてスピードが上がったために、ふるさとの銀河を飛び出す恒星は着実に増えるだろう。

詳細な計算から、エンパイアステートビルの19階から20階に向かう頃には、典型的な銀河では、このプロセスのために恒星が激減していることがわかっている。典型的な銀河に含まれる恒星は、この頃までにはたいてい燃え尽きて灰になっているが、このプロセスによって銀河から飛び出し、宇宙をあてどなくさまようことになるだろう。

宇宙全体で、惑星系や銀河のような天文学的秩序は、その頃までには消え失せる。今は宇宙のいたるところに見えるそれらの構造は、もはやどこにもなくなるのだ。

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