触れるだけで危険な「ストレンジ物質」、その名を裏切らないキテレツさ

space 2019/05/18

 

「ストレンジ物質」という物質をご存知だろうか?その名のとおり、ストレンジ(奇妙)な物質だ。

あらゆる天体を崩壊させうると言われる「ストレンジ物質」について、科学系YouTubeチャンネルKurzgesagが分かりやすいアニメーションを公開している。その内容をかいつまんで紹介しよう。

中性子星とは?

中性子星とは、密度が非常に高い天体の一種で、ブラックホールでないもののことだ。中性子星の中心には、宇宙一デンジャラスなストレンジ物質が存在するかもしれない。

ストレンジ物質は、宇宙の法則をねじ曲げ、触れたものすべてに感染して破壊してしまう危険極まりない物質なのだが、それと同時に、宇宙の紀元について私たちに教えてくれる存在でもある。

ストレンジ物質を理解するには、まずその基本的な仕組みを知ることが不可欠だ。そもそも、中性子星とは何だろうか?また、ストレンジ物質は一体どうやって宇宙の法則を変えるのだろうか?

中性子星は、質量の大きな恒星が、寿命を迎える時に起こす超新星爆発の後の状態のことだ。大爆発を起こした恒星の核は、それ自体の重力によって内向きに強く引っ張られることで崩壊する。この時に生まれる力は凄まじく、粒子を中心に向かってぐいぐい押し込む。おしくらまんじゅう状態になった電子と陽子は、一体化して中性子へと変化するのだ。
原子内部は一瞬にして、お互いに近づきたくはないが、近づかざるを得ない粒子で満たされる。粒子は重力に抵抗して、崩壊を免れようと必死にもがく。重力と粒子のせめぎ合いの末に、重力が勝てばブラックホールが、粒子が勝てば中性子星が誕生するのだ。

中性子星は、都市ほどの大きさを持ちながら、太陽級の質量を持つ巨大原子核に例えることができる。その中では、摩訶不思議な現象が繰り広げられる。

核物理学のルールが180度ひっくり返った世界…この環境こそが、超危険なストレンジ物質を生み出す。

クォーク物質でできた「クォーク星」

原子核を構成する陽子と中性子は、クォークと呼ばれるさらに小さな粒子でできている。
クォークは「ぼっち」が大の苦手で、常に仲間との繋がりを求めている。クォーク同士を切り離そうとしても、力を加えれば加えるほど、クォークはますます強く結びつこうとする。そればかりか、反対にその力を利用して新しいクォークを生み出すこともある。
クォークは複数が結びついた状態で、別の粒子の構成要素としてのみ存在することができる。単体で存在するクォークはこれまで観察された例がない。
クォークにはさまざまな種類があるが、安定した物質を作ることができるのはそのうちの2種類、つまり陽子と中性子を構成するアップクォークとダウンクォークだけだ。それ以外のクォークは、すぐに減衰してしまう。
ところが、中性子星の中となると状況は別だ。中性子星の内部は、作用する力があまりにも大きいため、ビッグバン直後の宇宙の状況に似ている。
中性子星の中心は、万物の始まりがどのようなものであったかを私たちに教えてくれる化石のようなものだ。つまり、中性子星の中でクォークがどんな働きをするかを知ることは、宇宙そのものの本質を理解することに繋がる。
中性子星の核内部では陽子と中性子がばらばらに切り離されるという、一つの仮説が存在する。無数の粒子がぎゅうぎゅうに集まって溶解し、クォークの巨大なお風呂、つまり「クォーク物質」を形成するのだ。
クォーク物質でできた天体は「クォーク星」と呼ばれる。クォーク星の見た目は、通常の中性子星と変わりないが、違うのはその内部だ。

「ストレンジクォーク」は宇宙一の変わり者

クォーク星内部の圧力が十分に強い場合、不思議な変化が続々と起きる可能性がある。その一つが、「ストレンジクォーク」だ。
ストレンジクォークは、その名のとおりの変わり者。奇妙な核特性を持ち、質量が大きく、しいて用いるならば「強い」という言葉で表すことができる。
このストレンジクォークが、ストレンジ物質を形成する。ストレンジ物質は、密度が非常に高く、完璧に安定していて壊れにくいため、ある意味では物質の理想的状態とも言える。その安定性といったら、全宇宙に存在する物質の中でダントツNo. 1。このため、ストレンジ物質は中性子星の外にも存在することができる。
…ということは、私たちもストレンジ物質と無関係ではいられない。ストレンジ物質は、触れたものすべてに感染するからだ。

ストレンジレットがぶつかった星は「ストレンジ星」へ変化

ストレンジ物質にちょっとでも触れた物質は、ストレンジ物質の安定性の影響を受け、自らもあっという間にストレンジ物質に変化する。
物資と構成していた陽子と中性子はばらばらに切り離され、クォークのお風呂を作る。クォーク物質はエネルギーを放出しながら、さらに多くのストレンジ物質を作り出す。
ストレンジ物質を取り除く唯一の手段は、ブラックホールの中に投げ込むことだけだ。といっても、ストレンジ物質は中性子星の内部に存在するので、「ストレンジ物質なんて心配ないさ〜」と呑気に考える人もいるかもしれない。
でも、中性子星が他の中性子星やブラックホールと衝突したとしたらどうだろう?衝突時に中から吐き出される大量の物質の中に、「ストレンジレット」と呼ばれるストレンジ物質のかけらが混じっている可能性があるのだ。

ストレンジレットは、中性子星の中心と同じくらい密度が高く、亜原子粒子と肩を並べるほど小さい可能性もあれば、ロケットほどの大きさを持つ可能性もある。

吐き出されたストレンジレットは、他の物質にたまたま衝突するまで、銀河を長い間飛行しつづける。

もしストレンジレットが地球に衝突したとしたら、瞬時に地球の表面は瞬く間にストレンジ物質で覆い尽くされるだろう。ストレンジ物質への変換が進めば進むほど、ストレンジ物質はますます巨大化する。最終的には、地球を構成するすべての原子がストレンジ物質に変化し、地球は小惑星サイズの小さな塊へと姿を変える。
また、ストレンジレットが太陽にぶつかったとしよう。まるで乾燥した森を火が見る見るうちに飲み込むように、太陽はたちどころにストレンジ星に変貌するだろう。この時、太陽はその明るさをかなり失うはずだ。太陽の光と熱を失った地球はたちまち凍りつき、死の大地と化すだろう。手をこまねいている場合ではない。
想像しただけで恐ろしいストレンジレットだが、残念ながら私たちは、それが近くに迫っていてもそれに気づくことができない。ウイルスを目で見ることができないのと同じだ。
しかも、ストレンジレットはそれほど珍しいものではなく、銀河中に存在するの星の数よりも多いという説も存在する。

ストレンジレットの正体はダークマターかも!?

これらのストレンジレットは、宇宙全体が中性子星と同じくらい熱く、密度が高かったビッグバン直後の時代に形成された可能性が高いと考えられている。その頃は、銀河の重力の影響で塊になって存在していたかもしれない。
ストレンジレットの数はあまりにも多いため、実はストレンジレットこそが銀河同士を結びつけているダークマターかもしれないという説もある。でも、真相は分かっていない。
ラッキーなことに、地球・太陽・その他の惑星は、過去数十億年の間に、ストレンジレットによる被害を受けていない。そうすぐには、問題が起きる可能性はなさそうだ。ちょっとホッ…。

ストレンジ物質を理解すれば宇宙の姿が見えてくる

ストレンジクォーク・ストレンジ物質・ストレンジレット…と頭の中が奇妙な何物かで埋め尽くされそうだが、これらを理解することは、宇宙の誕生と、なぜ宇宙が現在の姿になったのかを理解するための鍵なのだ。
先人たちが初めて磁石と針金を使って電子の実験を行った時、彼らはその先わずか数百年の間に科学技術がどう進化するのか、見当もつかなかっただろう。
同じように、中性子星やストレンジ物質の研究に今日奮闘する科学者たちも、未来の人々に想像を上回る貢献をしているのかもしれない。その答えは、時の流れが教えてくれるだろう。
reference: youtube / translated & text by まりえってぃ

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