瓶の中の小さな宇宙：実験室で作られた宇宙塵が生命の起源の手がかりを明らかに
宇宙で最も重要な化学反応の一部は、人間が決して訪れることのない場所で起こっている。それは、死にゆく星の外層、超新星の衝撃波、そして新しい星が生まれる冷たく dense なガスと塵の雲の中である。これらの極限環境では、単純な原子が複雑な分子に集合する。炭素、水素、酸素、窒素の化合物を含むこれらの分子は、最終的に地球上の生命の構成要素となった。
今、シドニー大学の博士課程の大学院生が、その宇宙化学を実験室にもたらす方法を見つけた。物理学部のデイビッド・マッケンジー教授の指導の下で研究するリンダ・ロスルド氏は、瓶ほどの大きさしかないガラス管内で、宇宙塵の形成をゼロから再現した。生成された物質は、実際の宇宙塵と赤外線スペクトルが一致する。
「実験室の瓶の中に、宇宙の小さな一片を再現したようなものです」とロスルド氏は語った。
この研究は『The Astrophysical Journal』に掲載され、科学における最も古い疑問の一つ「生命を可能にした有機分子は実際にどこから来たのか」に答える新たな方法を提供する。
星の排気を管内で再現する方法
この実験は見かけほど単純ではない。ロスルド氏とマッケンジー氏は真空ポンプでガラス管内の空気を抜き、宇宙のほぼ完全な真空状態をシミュレートした。その後、星および星間環境に豊富に存在することが知られている窒素、二酸化炭素、アセチレンを管内に充填した。約1万ボルトを約1時間印加することでグロー放電プラズマが生成され、気体分子が分解され、より大きく複雑な構造に再結合することが可能になった。
生成された塵はシリコンチップ上に薄膜として堆積した。ロスルド氏によれば、一部のサンプルは輝く宇宙の破片のように見えたという。
研究チームが赤外分光法を用いてこの物質を分析したところ、実験室の塵は、星形成領域や死にゆく星に向けられた望遠鏡によって観測されるものと同じ特徴的な赤外線の指紋を放出していることが判明した。この一致は、実験が宇宙塵を生成する物理的・化学的プロセスを忠実に模倣していることを確認するものだ。
CHON：生命の元素
実験室で作られた塵には、炭素、水素、酸素、窒素が含まれていた。これらは総称してCHON元素として知られている。これらの4つの元素は、アミノ酸、核酸、そして私たちが知る生命に不可欠と考えられるその他の有機化合物の骨格を形成する。
これらの元素がどのようにして最初の有機分子に組み立てられたのかは、生命起源研究の中心的な謎の一つである。有力な仮説の一つは、地球の有機物の大部分は、約45億6000万年前から35億年前の期間に、隕石、微小隕石、惑星間塵を介して到着したというものだ。この時期、地球は太陽系形成時の破片による激しい衝突を受けていた。
「彗星や小惑星の物質中の共有結合した炭素と水素は、星の外層、超新星のような高エネルギー現象、そして星間環境で形成されたと考えられています」とロスルド氏は説明する。「私たちが理解しようとしているのは、宇宙塵や隕石に見られる複雑な有機構造に、すべてのCHON元素を取り込む特定の化学経路と条件です。」
天文学者のための指紋ライブラリー
この研究は、直接的な発見を超えて、観測天文学に実用的な扉を開くものである。ロスルド氏とマッケンジー氏は、特定の天体物理学的環境を模倣した制御条件下で生成された、さまざまなタイプの実験室製宇宙塵の赤外線指紋データベースを構築する計画だ。天文学者は望遠鏡の観測結果をこのライブラリーと比較することで、観測している塵の種類とそれが生成された場所を特定できる。
「実験室で宇宙塵を作ることで、塵が宇宙で形成される際のイオン衝撃の強度と温度を探ることができます」とマッケンジー氏は述べた。「これは、生命に関連する化学反応が起こっていると考えられる宇宙塵雲の内部環境を理解したい場合に重要です。」
このアプローチはまた、隕石や小惑星の破片の中に記録された歴史を読み解く方法も提供する。「その化学的特徴は旅の記録を保持しており、このような実験はその記録を読み解く方法を学ぶのに役立ちます」とマッケンジー氏は付け加えた。
ロスルド氏は、2025年後半に開催された国際隕石学会年次総会で、この研究に対して最優秀プレゼンテーション賞を受賞した。この研究はオーストラリア研究評議会からの資金提供を受け、Microscopy Australiaのシドニー大学ノードの支援を受けた。
「小惑星や彗星が地球に来るのを待たなくても、その歴史を理解できるようになりました」とロスルド氏は語った。「実験室でアナログ環境を構築し、赤外線の指紋を使ってその構造をリバースエンジニアリングできるのです。」
出典
[1] University of Sydney. 「A tiny universe in a bottle reveals clues to the origins of life.」 ScienceDaily, 2026年7月19日. https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260718010156.htm
[2] Losurdo, L., McKenzie, D. R., et al. 「Laboratory synthesis of cosmic dust analogues and their infrared spectroscopic characterization.」 The Astrophysical Journal, 2026; 997(2): 335. DOI: 10.3847/1538-4357/ae2bfe
雅子 訳