ダイヤモンド惑星

鉛筆の芯になっている真っ黒な黒鉛のかたまりでできた、巨大な世界を想像したことはありますか?私たちが住む地球の地下を掘ると、砂やガラスの原料であるケイ素と酸素、そして鉄がほとんどを占めています。地球で宝石をつくる炭素は、全体の0.1パーセントにも満たない、とても貴重な元素です。

ところが広い宇宙には、酸素より炭素のほうが多いガスや塵の雲が集まった場所が、まれにあるかもしれません。太陽系とはまったく違う成分の材料で固まった惑星系です。科学者たちは、こうした場所では岩石の代わりに炭素が主役になる炭素惑星が生まれうると考えています。

このような惑星は、生まれたときから黒鉛や炭化ケイ素といった炭素のかたまりをたっぷり抱えて育つといわれています。砂や土で固めたお城ではなく、炭や鉛筆の芯の粉を何層にも重ねて作った巨大な星のようなものです。

炭素がたくさんあるからといって、ひとりでに透き通った硬い宝石になるわけではありません。鉛筆の芯の黒鉛と、きらめくダイヤモンドは、どちらもまったく同じ炭素原子でできていますが、原子のつながり方がまるで違います。薄くすべる黒鉛の層を、硬い網目状の立体構造に変えるには、とてつもないエネルギーが必要です。

地中の深くへ進むほど、上からのしかかる重さで圧力はどんどん大きくなり、熱も上がっていきます。地球のマントルでも、数万気圧になる深さ約150キロメートルあたりでダイヤモンドが生まれます。炭素惑星なら、ある深さより下では炭素がダイヤモンドとして存在しえますし、惑星が大きいほどそうした層は厚くなる可能性があります。

この過酷な環境の中で、炭素原子はもう耐えきれず、すき間なくがっちり手をつなぎます。巨大な天体まるごとが自然の超大型宝石工場のように働いて、惑星の内部に厚いダイヤモンドのマントル層をつくりだしうる、というわけです。

ダイヤモンド惑星という名前を聞くと、表面全体がガラス玉のように澄んで輝く星を思い浮かべがちです。でも実際の見た目は、宝石店のショーケースとはまったく違います。

惑星の表面は、黒っぽい赤の溶岩や真っ黒な黒鉛の粉、ねっとりしたタール状の物質におおわれていると推定されています。輝く宝石に出会うには、地表を突き抜けて数百キロメートルも深い地下へ掘り進み、ようやく硬い結晶質のダイヤモンド層にたどり着きます。

かつて代表的な候補とされた「かに座55番星e」は、中心の星のすぐそばを1日もかからない周期でぴったり張りついて回っています。理論上は昼側が2,000度を超えると予想されていましたが、2024年のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測では約1,500度と、予想より低い値が出ました。研究チームは、一酸化炭素や二酸化炭素が多い厚い大気が熱を運んでいるのかもしれないと見ています。ロマンあふれる宝石の星というより、極限の物理法則がつくりだした荒々しい異世界といったところです。