[비즈한국] 地球外文明の手がかりを探すため、天文学者たちは「プロジェクト・ヘパイストス」という研究を進めている。映画『プロジェクト・ヘイル・メアリー』を彷彿とさせる名前だ。では、天文学的な観測で地球外文明を探す際、何を手がかりにすればよいのだろうか。多くの手がかりの中でも、SFファンたちの間で激しい論争を呼んできた概念が、星を包み込む巨大な人工構造物「ダイソン球」である。
最近、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡により、ダイソン球の候補として最も有力視されていた2カ所の観測結果が発表された。果たしてそこには、巨大な人工構造物を作って暮らす地球外文明が存在したのだろうか。
星の光を集める文明も廃熱は残す
ダイソン球という発想は、オラフ・ステープルドンの小説『スター・メイカー』で初めて登場する。太陽系で最も強力なエネルギー源は、間違いなく太陽である。人類は発展すればするほど、より多くのエネルギーを必要とする。人工知能（AI）時代に突入し、エネルギー消費量も爆発的に増加している。高度に発展した技術文明であれば、自分たちの中心星から直接エネルギーを得る方法を試みるかもしれない。巨大なソーラーパネルを備えた構造物で星を包み込み、至近距離から星の光を効率的に集めるのだ。その後、物理学者のフリーマン・ダイソンがこのSF的想像を科学的に体系化したことで、「ダイソン球」の名で広く知られるようになった。
しかし問題は熱力学である。いくら高度に発展した技術文明であっても、宇宙の科学法則に逆らうことは難しいだろう。星の光を受け取り、文明の維持に必要なエネルギーとして使用したとしても、そのエネルギーが完全に消滅するわけではない。エネルギー保存の法則に従えば、取り込んだエネルギーは最終的に別の形態へと放出されなければならない。熱力学第二法則まで考慮すると、実際の装置は外部宇宙へエントロピーを排出せざるを得ない。使用後の廃熱の大部分は、より低い温度の放射として放出される可能性がある。
最近話題となったスペースXの宇宙データセンター計画においても、重要な争点は廃熱の処理方法である。廃熱を完全に消し去ることは不可能だ。非常に低い温度でゆっくりと放出する方法は試せるかもしれないが、廃熱そのものを消失させる、あるいは隠すことはほぼ不可能に近い。
廃熱の温度が数百ケルビン程度であれば、主に中赤外線領域でその痕跡を確認できる。これは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の中赤外線観測装置「MIRI」が敏感に捉える波長帯である。温度がさらに低ければ、その痕跡はより長い波長の赤外線へと移動する。おかげでジェイムズ・ウェッブは、ダイソン球で星を包んで暮らしているかもしれない地球外文明の痕跡を探すツールとなる。巨大な構造物に遮られ、他の波長では概して暗く見える星が、中赤外線においてのみ明るい信号を放っていれば、廃熱を隠しきれていないダイソン球ではないかと疑うことができるのだ。
500万個の星の中に残った7つの候補
プロジェクト・ヘパイストスの研究陣は、銀河系の星々を膨大に観測した「ガイア（Gaia）」のデータを活用した。これに赤外線領域で空を調査した「WISE」と「2MASS」のデータを組み合わせ、約500万個の星を調査した。ガイアのデータで星までの距離を把握し、その距離に比べて異様に暗く見える星を選別した。続いて、2MASSとWISEのデータで各星の赤外線の強度を比較した。
このような選別過程を経て、最終的に7つの候補が残った。いずれも暗かったが、赤外線領域においてのみ際立って明るく輝いていた。これらは表面温度が非常に低いM型赤色矮星と見られ、全放出エネルギーのうち約7〜17％が赤外線領域から出ていることがわかった。
もちろん、これだけでダイソン球だと断定することはできない。星の周囲に原始惑星系円盤（塵の円盤）が長期間残っていても、赤外線が際立って明るく見えることがある。通常、こうした塵の円盤は、星が誕生してから約1000万年経つと徐々に惑星に集約されるか、恒星風に押し流されて消えていく。しかし、稀に4000万年を超えても塵の円盤が残る場合がある。歳を取らないピーターパンに似ていることから「ピーターパン円盤」と呼ばれる。
こうした星のスペクトルには、通常、水素原子の輝線がはっきりと現れる。しかし、ヘパイストスの7つの候補からは目立った水素輝線は見られなかった。したがって、塵の円盤に包まれた若い星である可能性は排除された。
星の横で明らかになった別の天体
2025年7月28日と9月9日、ジェイムズ・ウェッブは7つの候補のうち2つの星を観測した。すると、意外な事実が明らかになった。
ジェイムズ・ウェッブは、従来の望遠鏡よりも高い解像度で星々を小さく鮮明な点として捉えた。すると、星のすぐ横から別の存在が姿を現した。長く広がった染みのように見える天体だった。MIRIの観測範囲内で比較的短い波長である5.6マイクロメートルでは、星の方が明るく見えた。しかし、波長が長くなるにつれて星はかすみ、その横のぼやけた天体がより際立っていった。
その正体は、偶然同じ方向に重なって見えていた背景銀河であった。これまでの観測で捉えられた明るい中赤外線信号は、星ではなく、その背後にある銀河から放出された光だったのだ。以前の観測では星と背景銀河を鮮明に分離できなかったが、ジェイムズ・ウェッブの映像では2つの天体が明確に分離された。星と背景銀河の間の角距離は平均して約1秒角であった。
これまでの観測で、2つの候補は180ケルビン程度の温度に相当する赤外線信号を放出しているように見えていた。中心星の温度が約3500ケルビンであることを考慮すれば、星を包む構造物が180ケルビン程度の温度を維持するためには、星から1天文単位（AU）以内の近い距離になければならない。星までの距離は600光年を超えている。したがって、そのような構造物が実際に存在するならば、星から0.01秒角以内に密着しているように見えたはずだ。しかし、ジェイムズ・ウェッブの映像で判明した実際の赤外線光源、つまり背景銀河は、それよりもはるかに遠い場所に存在していた。
際立って赤外線を多く放出する銀河は、厚い塵の雲に覆われていることがある。その一つが「高温の塵に隠された銀河」、いわゆる「ホットドッグ（Hot DOG）」だ。中心にブラックホールが鎮座する強力な活動銀河核があり、その周囲を厚い塵が取り囲むことで、赤外線領域から非常に多くのエネルギーが放出される様子が見られることがある。今回観測した候補Dと重なって見えた背景銀河は、こうしたホットドッグである可能性がある。
一方で、候補Eと重なって見えた背景銀河は少し異なる。この銀河も塵に包まれているが、赤外線の主な原因は活動銀河核ではなく、内部で起こっている爆発的な星形成であると推定される。この銀河で毎年新たに生まれる星々の質量を合計すると、太陽質量の約20倍に達する。
地球外文明の信号と自然現象の間
結局、今回も地球外文明の確実な証拠、ダイソン球の決定的な手がかりは見つからなかった。地球外文明の発見を期待していたなら失望する結果だ。しかし、今回の観測は重要な教訓を残した。宇宙は無数の天体で溢れている。近い星と遠くの背景銀河が似た方向に重なって見えることは、考えているよりも頻繁に起こり得る。
そうすると、はるか遠くの背景銀河の特性を、近い星の特性だと誤解してしまう可能性がある。平凡な星が、まるでダイソン球を隠し持っているかのように見えるのだ。観測された信号が本当にその星から出ているものなのか、それとも偶然重なって見える背景銀河の光が混ざった結果なのか、注意深く精査しなければならない。時には、地球外文明ではなく、宇宙の自然現象そのものが我々を欺くこともある。
これほど広大な宇宙に地球外文明が無数に存在するのであれば、なぜ我々はまだ彼らの信号を一つも発見できていないのか。フェルミのパラドックスが突きつける問いの前で、宇宙の沈黙は依然として続いている。
もしかすると、廃熱を処理する画期的な方法を見つけ出し、熱を一切残さずに暗闇の中でひっそりと生きている地球外文明が存在するのかもしれない。そのような存在があったとしても、我々の探索網にはかからないだろう。事実上、観測する方法がないのと同じだ。それほどまでに徹底して隠れていたい文明であれば、無理に探し出さないことが宇宙の礼儀なのかもしれない。
技術文明が発展するからといって、必ずしもこれまで以上のエネルギーが必要になるとは限らない。ダイソン球のような劇的な方法ではなく、全く別の方法でエネルギー不足の問題を解決している可能性もある。例えば、常温核融合に成功した文明であれば、星の周囲に巨大な構造物を苦労して作る理由はないだろう。
結局、地球外文明を探査する過程は、いくつかの合理的な仮定と期待に頼らざるを得ない。それが本当に合理的な推論であったかどうかは、いつかその存在を発見する日が来た後に初めて語ることができるはずだ。
筆者チ・ウンベは？猫と宇宙を愛する。子供の頃に『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを広める夢を抱くようになった。現在は世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など様々な科学コミュニケーション活動を行っている。著書に『天文学者の役に立たなさについて』、『私たちは皆、天文学者として生まれる』、『宇宙を見ると浮かぶ奇妙な質問』などがあり、訳書に『私はどうして冥王星を殺したか』、『クォンタム・ライフ』、『UFO』などがある。