[비즈한국] 少し前、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測により「K2-18b」という系外惑星で生命の兆候と疑われる痕跡が発見されたというニュースが大きく注目を集めた。英ケンブリッジ大学の天文学者ニク・マドゥスダン氏率いる研究チームは、2023年に惑星K2-18bの大気圏を分析した。この惑星は以前から、表面全体が液体状の海で覆われた「海惑星」として知られ、注目を集めていた。彼の研究チームは昨年、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を活用して、この惑星が中心星の前を横切る瞬間を捉え、惑星の大気圏を通過する際に星の光が一部吸収されて生成されたスペクトルを分析した。確実ではないものの、ジメチルスルフィド（DMS）成分が存在することを示唆する結果を提示した（関連記事 [サイエンス] 何十億年前の地球に似た惑星を発見した？）。
そして1年後、再びジェイムズ・ウェッブ望遠鏡で同じ場所を観測したところ、前回よりも高い確率でDMSが存在するという新しい結果が示された。DMSは、地球ではバクテリアのような生命活動を通じてのみ生成される成分として知られているため、さらに注目を浴びた。ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡を通じ、120光年離れた系外惑星で史上最も鮮明な生命活動の証拠を捉えたかのように見えたからだ。しかし、この発表以来、現在まで数多くの疑念や反論論文が噴出し、大きく対立する状況となっている。
あまつさえ、最初からジェイムズ・ウェッブ望遠鏡で地球外生命体の証拠を探そうとすること自体が無意味かもしれないという、非常に悲観的な主張まで出ている。ここには非常に興味深い裏話がある。最近、ジェイムズ・ウェッブの分析自体に対して悲観的な主張を展開した天文学者は、宇宙生物学および系外惑星分野で著名なサラ・シーガー氏だが、彼女こそが前述のK2-18bでの生命兆候の可能性を提起し、学界を熱く沸かせた張本人であるニク・マドゥスダン氏に博士号を授与した指導教官だったという点だ。K2-18bの地球外生命体存在の可能性を巡る論争は、これまでどのように進んできたのか？なぜ指導学生と指導教官が正反対の立場に立つことになったのか？その間に起きた、この系外惑星を巡る論争の最新事情を紹介する。
K2-18bでの地球外生命体存在の可能性を議論したマドゥスダン氏の論文が出て間もなく、彼の主張を非常に強く反論する論文が発表された。この論文は非常に興味深く、単純なテストを行った。K2-18b惑星の大気圏について何の情報もないと仮定し、あらゆる波長にわたって平坦なモデルを作成した。そして、実際にジェイムズ・ウェッブで観測したスペクトルが、その平坦なモデルからどれだけ外れているかを比較したのだ。興味深いことに、もともと観測されたスペクトル自体が非常に微小なため、事実上、何の化学成分もないと仮定した平坦なモデルと比較しても、統計的に明らかな違いは見られないという点である。
DMSが信号を残すと推定される7µmと8.8µmの波長でだけ、数学的に（ガウス）正規分布の形でスペクトルに変化を与えたとき、観測されたスペクトルを少しうまく描写しているように見えはした。しかし、実際の統計数値を比較してみれば有意な差はない。これを根拠に、ジェイムズ・ウェッブで観測されたスペクトルからは、DMSの存在を裏付ける明確な統計的根拠は全く見つけられなかったという結論を下した。さらに、最初から特定の化学成分が存在することを望み、その限定的な成分内でスペクトルをモデル化して分析すれば、結果を誇張し歪曲する可能性があると批判した。
このような同様の批判に直面し、最近マドゥスダン氏の研究チームはより包括的な追加分析を行った。K2-18b系外惑星の大気圏にあると思われる化学成分の候補を、単純に数十種類だけ仮定してモデル化するのではなく、最大限考慮しうるほぼすべての分子を総動員し、計650種類に及ぶあらゆる種類の分子をすべて考慮する追加作業を行った。このような化学成分が多様な含有量で存在する場合の大気圏を多様にモデル化し、実際に観測されたK2-18bの大気圏スペクトルを最もよく再現するケースを統計的に導き出した。その結果、依然としてDMSが非常に高い含有量で存在するモデルが最も適合するという結果を得た。
今回の追加分析では、DMSだけでなく、ジエチルスルフィドやジメチルジスルフィドなど、より多様な化学成分も存在する可能性が高いことが示された。興味深いのは、これらすべてが地球ではバクテリアをはじめとする生命活動と非常に密接に関連した分子であるという点だ。これを根拠に、マドゥスダン氏の研究チームは、K2-18b系外惑星で生命活動が行われているという彼らの主張がさらに強化されたと主張している。
しかし、本当にこの系外惑星の大気圏にDMSが存在するとしても、この化学成分を生成する方法が生命活動だけなのかについては、より確実な検証が必要だ。天文学者たちはすでに、太陽系の地球外の宇宙空間にもDMSが存在するという事実を確認しているからだ。代表的な例として、火星探査車キュリオシティは火星でDMSを検出し、探査機ロゼッタは彗星67PでDMSを検出した。ごく最近では、天の川銀河の中心部にある分子雲「G+0.693-0.027」からもDMSが検出された。必ずしも系外惑星でなくとも、より極端な環境である彗星や宇宙の星間雲でもDMSは十分に合成され得ることを示唆している。DMSは必ずしも生命活動の指標ではない可能性がある。単に天の川銀河の中心部まで、銀河系の至る所に非常にありふれた分子なのかもしれない。
特にK2-18bで検出されたDMSの含有量が非常に高いという点も、その主張に疑問を抱かせる。当時、マドゥスダン氏の研究チームは、K2-18bにDMSがなんと10ppmレベルで存在すると主張した。これは大気中の分子100万個の中に1～10個の割合でDMSがあることを意味する。これは地球のDMS含有量を遥かに上回る。生命体で満ちあふれた地球でさえ、DMSは大気分子10億個に1個程度のレベルである。したがって、マドゥスダン研究チームの主張通りであれば、K2-18bは地球に比べて約1000倍も濃いDMSを抱えていることになり、これほどの高濃度を維持するには、K2-18bが何十億年前の地球のように、突如として光合成や生命活動を行う生命体が爆発的に増加しているという、多少劇的な期待をしなければならない。あるいは、生命活動とは無関係に、単に惑星全域で地質学的・化学的メカニズムによりDMSが生成されていると疑うこともできる。
状況がより複雑化する中、天文学者の間では非常に根本的かつ致命的な問題も提起されている。前述したように、マドゥスダン氏の博士号指導教官であったサラ・シーガー氏が提起した問題だ。彼女は最近「ジェイムズ・ウェッブ時代における系外惑星での生命活動指標の探査に関する展望」という論文を通じ、ひょっとするとジェイムズ・ウェッブをもってしても、系外惑星で生命活動の兆候を見つけることはほぼ無意味な試みかもしれないという批判を展開した。
この10年間、天文学者たちが発見した系外惑星は、主に太陽に比べて10倍以上軽く矮小な赤色矮星の傍で見つかった。星自体が小さく微温的なため、その星のそばで惑星が十分に暖かい温度を維持するためには、より小さな軌道を回らなければならない。おかげで惑星はより短い周期ですぐに星を定期的に横切ることになり、系外惑星の存在を容易に察知できる。特にジェイムズ・ウェッブは、微温的な星が主に放出する赤外線で宇宙を観測するため、赤色矮星周辺の系外惑星を探索するのに有利な側面もある。
長い間、天文学者たちはこのように小さく矮小な赤色矮星のそばで系外惑星を探索する方がはるかに有利だと期待してきた。もし星が太陽レベル、あるいはそれ以上に明るい場合、星自体が明るいため、星の前を惑星が横切っても明るさの変化に気づくのは難しい。また、星の光が明るすぎるため、星の光の一部が惑星の大気を通過しながら吸収されても、その痕跡は相対的に非常に微小に見えるだろう。一方で、小さく矮小な星はその周辺に小さな惑星が横切っても星の明るさの変化もより鮮明で、スペクトルに残る痕跡もより容易に察知できるという利点がある。
しかし、天文学者たちが見落としていた重要な事実がある。矮小な星は表面活動がより乱暴である可能性があるということだ。星自体が小さいため、星の表面から内部まで全体が対流層になる。星の内外の物質がより効率的に混ざり合うことになる。また、星自体が小さいため自転速度はより速くなるが、これは星周辺の磁場をより複雑にねじれさせる。結局、赤色矮星は太陽よりも頻繁にフレア爆発を起こし、表面には星の表面全体に匹敵する巨大な黒点が作られることがある。
このような星表面の乱暴な活動は、地球から観測されるスペクトルの姿にも致命的な影響を及ぼす。もし大きな黒点が星の表面に現れれば、地球から見たとき、星の光が暗く見える理由が単に黒点によるものなのか、それとも星の前を横切った系外惑星によるものなのか判断が難しい。また、巨大な黒点は温度が低く光が暗いため、もし偶然にも黒点の領域前を惑星が横切れば、系外惑星の大気圏成分がスペクトルに残す痕跡はさらに薄くなる可能性がある。黒点で減った星の光自体が、あたかもスペクトル上で光の量が減った吸収線のように振る舞い、スペクトルを汚染するのだ。結局、実際の惑星の大気成分によって吸収された痕跡と区別することが困難になる。
シーガー氏は、今のジェイムズ・ウェッブでもこの問題を克服できないと指摘する。その上で、ジェイムズ・ウェッブで系外惑星の大気圏の痕跡と疑われるスペクトルを得られたとしても、データを完全に信頼することは難しいという点を突いた。シーガー氏は、系外惑星の大気圏の成分を把握する際、必ずこれら3つを考慮しなければならないと説く。
残念ながらシーガー氏の分析によれば、DMSに関連する信号はこれら3つの条件をすべて満たしていない。K2-18bは、地球外の系外惑星でも生命活動に深く関与するDMSのような分子が検出され得るという可能性を示す、非常に驚くべき事例である。しかし、あいにくまだ人類には、それが本当に地球外生命体の存在を意味するのか判断する確実なツールがない。
さらに残念な点は、この限界が単純に観測回数が少ないから、あるいは単に望遠鏡の性能がまだ満足できないから起きている些細な問題ではないという点だ。今日、我々が系外惑星の生命存在の可能性を判断する際、最も頻繁に使用する方法である「星の前を惑星が横切る際、その瞬間の星の光のスペクトルを分析する方法」自体が孕んでいる生得的な限界なのだ。
結局、「宇宙には本当に我々だけなのか」という長年の問いに答えを見つけるためには、我々がこれまで試みてきた方法を超える新しい狩りの方法を考案しなければならない。最大の問題は、まだ人類が明確な代替案を確保できていないという点だ。一体どんな化学成分を疑いの余地のない、最も確実な生命活動の指標だと断言できるのか、またその成分を高い信頼度で検出するためにはどのような方式で観測すべきか……。我々にはより根本的な新しい悩みが必要とされている。
参考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acf577
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250118477S/abstract
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/add881
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc1c8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad74da
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250412946S/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250416236D/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250510539P/abstract
執筆者のチ・ウンベ氏は？猫と宇宙を愛している。幼少期に『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えるという夢を持つようになった。現在、延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で銀河の相互作用を通じた進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サムに乗る天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。