今夜のNHKスペシャルは「宇宙　未知への大紀行」シリーズ5回目、「150億年の遺産」。
　金はその安定性と希少性から、長らく人類の富の象徴として扱われてきた。その金を、もしも他のありふれた金属から作り出せれば、莫大な富を得ることが出来る。そう考えた人々は、金を生み出す技術、錬金術を追求した。錬金術は現代に連なる近代科学の嚆矢であり、経験主義的な知識体系の夜明けを告げるものだった。が、錬金術自体はその最終的成果を経験することは無かった。
　金のような重い元素を作り出すには、莫大なエネルギーが必要であることが分かっている。元素から別の元素を作り出すには、元素同士を核融合させるか、金より重い元素を核分裂させるかするしかない。しかし、最も軽い水素同士を核融合させるのにも、莫大なエネルギーが必要になる。核融合炉は人類が長年追求してきた夢だが、今に至るまで実用化の目処は立ってない。ましてや、遥かに重い金を生み出すことなど、実験室レベルの技術でしかない。
　そもそも、金はどこで生み出されたのだろう。
　19世紀、あるドイツのレンズ職人は、後に吸収線として知られる現象を発見した。白色光を特定の元素のエアロゾルなどに通過させると、その元素固有の波長の光を吸収し、その結果としてスペクトルに黒い線が現れる。これを利用すれば、遥かに離れた恒星の組成を知ることが可能だ。
　宇宙黎明期の天体(つまり地球から遥かに離れた天体)を観測すると、重い元素が極端に少なく、ほとんど水素とヘリウムのみで構成されてることが分かった。50億年程前に誕生した太陽が重い元素をふんだんに含んでいるのに対し、宇宙の黎明期にはほぼ水素とヘリウムしか無かったのだ。
　宇宙を探査してゆくと、惑星状星雲という奇妙な天体が散見される。これは明るく輝くガスの広がりで、中心に燃え尽きた矮星があることから、太陽の8倍程度の質量までの星が死を迎えた姿だと考えられている。太陽のような主系列星は、その中心部は巨大な圧力と温度になる。この環境で、水素は核融合を起こし、ヘリウムへと変化する。こうしたサイクルは水素の供給がある限り続くが、末期には水素を燃やし尽くし、今度はヘリウム同士、ヘリウムと水素とが核融合して、ベリリウムや炭素などのより重い元素が生成される。ヘリウムによる核融合はより高温を生み出すので、恒星中心部の圧力は上がり、結果的に外層部をさらに遠くに持ち上げることになる。これが赤色巨星と呼ばれる状況だ。こうして、水素から比較的軽い元素(確かNaくらいまで?)までを生み出した後、ついに中心部の核融合は限界に達し、停止する。すると恒星は中心部が収縮し、逆に外層は中心部からの重力による束縛が無くなるので、急激に拡散してしまう。これが惑星状星雲の正体なのだ。このとき、拡散してゆくガスに、この星が生み出した元素たちも混ざって拡がってゆく。
　しかし、これだけではより重い元素を生み出すことは出来ない。より重い元素の生成には、より重い天体が必要になる。
　太陽より8倍以上重い恒星では、中心部の温度と圧力もさらに上昇する。この種の天体でも最初は水素の核融合により輝く。そしてそれが燃え尽きると、さらに重い元素を融合させてゆくのも同様だ。しかし、内部の圧力が非常に高いため、軽い星の場合と異なり、重い元素をも次々に融合させてゆく。そのサイクルは、鉄を生み出すまで継続してゆく。
　鉄は、さらに核融合させるのに必要なエネルギーが非常に高く、また入力された以下のエネルギーしか戻さない(つまり常にエネルギーを吸収する一方になる)ため、ここでついに核融合は停止する。この時、非常に高圧で、大きく広がった中心部が、圧力を失ったため、中心に向けて一気になだれ落ちる。そしてその時、燃え残った軽い元素などが一気に核融合するのだ。それにより多量のエネルギーが、一瞬のうちに生み出される。超新星爆発だ。定常的な核融合反応など比較にならないほどの莫大なエネルギーが、この瞬間に解放される。そこに生み出される超高温、高圧の中で、ウラニウムに至る非常に重い元素も生み出される。そして超新星爆発の爆風で、周囲に拡散されるのだ。
　こうして宇宙空間に次第に蓄積された重い元素は、星間物質が収縮して新しい星が生み出される際にも含有される。こうして、太陽など比較的若い星には重い元素がふんだんに含まれることになるのだ。そして我々生命の構成物質としても利用されるのだ。
　しかし、これだけでは十分に説明できているとはいえないという意見もある。超新星爆発だけで生み出されたにしては、金などの重い元素が多すぎる。宇宙にはより巨大なエネルギーを生み出す場所があるに違いない。
　天体物理学者の中には、中性子星同士が融合する際に、莫大なエネルギーが解放されるという可能性を指摘する者もある。超新星爆発の結果、その中心部に中性子星という星が残される場合がある。この中性子星は、あまりもの高圧のために原子と原子の間の隙間が無くなり、電子は陽子に吸収されて中性子となり、結果的に中性子のみで構成されるにいたった異様な世界だ。この中性子星同士の出会いは極めて稀だろうが、その際に解放される巨大なエネルギーの中で、金などの重い元素が多量に生み出されると考えられている。
　超新星爆発は、星の誕生をも促進する。宇宙空間には希薄な星間物質が存在しているが、超新星爆発があると、その圧力波の先端で物質が圧縮される。これが何回か繰り返されると、やがて自律的に収縮するほどの濃度に達するのだ。銀河系には、こうした超新星爆発により生じた、いわば星の鍛冶場とでも言うべき球形の星の揺りかごが、いくつも発見されている。僕たちの太陽系も、あるいはそうして別の星の死によって生み出されたのかもしれない。
　宇宙には水素もヘリウムも大量に残されているが、理論的にはそれは徐々に消費され、重い元素で満たされてゆくことになる。これは宇宙の加齢というものなのだろうか。