科学者にとって、ホスフィン――生命の兆候として広く知られる分子――に関する喫緊の問題は、それがどこから来たのかという点ではなく、なぜ私たちが考えるべき場所に存在しないのかという点にある。10年に及ぶ探究の末、待望の結果が、私たちの天文学モデルが完全な破綻ではないことを裏付けた。少なくとも今のところは。
本日サイエンス誌に掲載された論文で、天文学者たちは褐色矮星において、強力なホスフィンの痕跡を初めて検出したと報告した。褐色矮星は、木星のような惑星よりも質量は大きいものの、恒星のエネルギー源である水素核融合を維持するには十分ではない、惑星と恒星が混在する一種の混成星である。著名な化学モデルは、ガス状の大気を持つ宇宙の物体はホスフィンに富んでいると長年予測していたが、長年の探査にもかかわらず、ほとんど何も見つかっていなかった。今回の発見は、少なくとも10年間天文学者を悩ませてきた問題に終止符を打つものとなった。
同様に重要なのは、この発見が宇宙生物学にとって重要な意味を持つということです。ウォルフ1130Cと名付けられたこの褐色矮星で検出されたホスフィンは、ほぼ間違いなく自然の非生物的プロセスによって生成されたものです。今後の課題は、生命が存在しないにもかかわらず、このような天体がどのようにしてこれほど大量のホスフィンを生成できたのかを解明することです。研究者がそれを説明できるようになるまでは、巨大ガス惑星であれ、金星のような岩石惑星であれ、ホスフィンの検出は生物学的な証拠として信頼できるものとは考えられません。
「研究者たちはこれを待ち望んでいました」と、今回の研究には関わっていないMITの天体物理学者サラ・シーガー氏は述べた。シーガー氏は、2020年に金星におけるホスフィンの検出に関する画期的な論文の共著者である。地球では、ホスフィンは主に嫌気性生物、つまり酸素なしで繁栄する生物の副産物として存在する。金星の化学環境はホスフィンの自然生成に適していないため、2020年の論文は、ホスフィンが生命の源、つまりバイオシグネチャーに由来する可能性があるのではないかと天文学者たちに疑問を投げかけた。
「ついに、本当に爽快です！」と、SETI研究所カール・セーガン・センターの研究ディレクター、ナタリー・カブロル氏は付け加えた。カブロル氏も今回の研究には関わっていないが、ビデオ通話でギズモードに対し、この論文は褐色矮星におけるホスフィンの「明確で分かりやすい」データを示しており、まさにモデル予測通りだと語った。
ワイルドなホスフィン追跡
研究の筆頭著者であり、カリフォルニア大学サンディエゴ校の天体物理学者であるアダム・バーガッサー氏は、もしこの結果が10年前に出ていたなら、これほど大きな話題にはならなかっただろうとギズモードに語った。褐色矮星やガス状の大気を持つ太陽系外惑星には、ホスフィンが自然に存在することが化学モデルによって長年裏付けられてきた。木星と土星の大気がホスフィンに富んでいることも、この仮説を裏付ける要因となった。
しかし、モデルがホスフィンの存在を予測する場所にホスフィンの兆候が全く見つからなかった（というより、異論のある兆候がいくつかあった）10年後、天文学者たちはかなり不安になり始めたとバーガッサー氏は説明した。実際、天文学者たちはホスフィンの不在を考慮するために主要なモデルを大幅に改訂することを真剣に検討し始めていた。
「これは本当に奇妙な問題でした。なぜなら、たった一つの分子が少しずれているように見えるからです」とバーガッサー氏は述べた。「ですから、ついにそれを検出できたこと、ましてやこの一つの褐色矮星で大量に検出できたことは、実に驚きです。」
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ウルフ1130Cは地球から約54.1光年離れた場所に位置しています。研究チームがこの天体を選んだのは、そのやや変わった組成、低い金属量、そして比較的低い表面温度が理由です。以前の調査では、適切な温度や組成を持つ褐色矮星が既にターゲットとなっていましたが、天文学者たちは「私たちが期待するようなレベルのホスフィンを観測していなかった」ため、少し異なるアプローチを取ることにしました、とバーガッサー氏は説明します。
彼らの予感は正しかった。ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡の近赤外線分光器から得られたスペクトルデータを調べていたとき、研究チームはグラフにはっきりとしたチェックマークがあることに気づいた。ホスフィンの特徴的な形状だ。しかし、研究者たちは興奮を抑え、研究結果を二度、三度と検証した。
「『絶対に正しいことを確認しなければ』と思いました」とバーガッサーは振り返る。幸運なことに、チームには矮星の大気のシミュレーションを1週間かけて実行した計算モデリングの専門家と、ホスフィンを専門に研究してきた科学者がいた。
「これらすべての事柄と、存在比を説明するために行った分析を組み合わせることで、非常に明白で確実な検出ができたと認識することができました」とバーガッサー氏は述べた。
ここにはエイリアンはいない
繰り返しになるが、今回の検出はバイオシグネチャーを示すものではない。バーガッサー氏、シーガー氏、そしてカブロル氏はこの点を皆強調した。これは、地球外生命の兆候を発見する際にしばしば見過ごされがちな側面と関係があるとカブロル氏は述べた。分子単体が必ずしもバイオシグネチャーであるわけではない。むしろ、私たちが探しているのは「生命とその環境の共進化」だと彼女は述べた。言い換えれば、ある化合物がバイオシグネチャーとみなされるのは、周囲の環境から、それが非生物学的な化学反応だけでは形成され得なかったことが示唆される場合のみである。
金星のような、ミッションを計画するのに十分近い惑星であれば、そうした環境的背景を調べるのは容易だろうとカブロル氏は説明した。「太陽系外惑星では、そのような余裕はありません。環境がわからない場合…自然だけでは説明できない方法で何かが補充されない限り、それが生命の痕跡であると主張することはできません。」
褐色矮星の場合、ホスフィンは生命の痕跡ではない。これらの恒星は高温で水素に富んでいるため、ホスフィンの存在は容易だとシーガー氏は述べた。
「化学的に言えば、そこに生命は関係ありません」とバーガッサー氏は付け加えた。
宇宙からの宿題
とはいえ、研究チームはウルフ1130Cにこれほど多くのホスフィンがどのようにして蓄積されたのかを完全には確信していないものの、いくつかの可能性を検討している。褐色矮星の金属量の低さが原因の可能性もあるし、周囲の環境がウルフ1130Cへのホスフィンの蓄積を促した可能性もある。全体として、研究者たちは確信を持てていない。
同時に、「モデルがこれらすべての発生源を一貫して説明できないことは、低温大気中のリンの化学反応に対する理解が不完全であることを示している」と論文は指摘している。
まるで自然がやって来て「さあ、宿題を増やして、もっと難しいテスト問題を用意して」と言ったかのようだ、とバーガッサー氏は冗談めかして言った。「私たちはリンの自然界での化学反応すら理解していません。それを正しく理解するまでは、ホスフィンを実用的なバイオシグネチャーとして頼りにすることはできないのです」と彼は付け加えた。
次のステップは、ホスフィンの供給源が類似している他の天体を探すことであり、それによって残された空白を埋めることができるかもしれません。もちろん、今後の発見によってモデルがさらに混乱する可能性も十分にあります。いずれにせよ、今回の発見は宇宙理解における新たな章を開くものです。
「しかし、その日に至るまでのプロセスはそれ自体が美しいのです」とカブロル氏は言う。「なぜなら、それは人類の知識の進歩だからです。」
