宇宙誕生からレアアースまで！原子と元素の起源に迫る科学ニュースと歴史の全貌

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周期表に並ぶ118種類の元素は、最初から宇宙に揃っていたわけではない。宇宙誕生の特異点であるビッグバンからわずか3分後、世界に存在したのは水素の原子核（陽子）が約75%、ヘリウムの原子核が約25%、そして極微量のリチウムだけであった。より重い元素を作り出すための宇宙の錬金術には、恒星の誕生と死を待つ必要があった。

宇宙を満たしたガスが重力で収縮し、初代の恒星（ファーストスター）が点火した。中心核の超高温・超高圧環境下で核融合反応が進行し、ヘリウムから炭素、酸素、ケイ素、そして最も安定した原子核を持つ鉄（原子番号26）までが順次合成されていく。しかし、鉄より重い元素は恒星の通常の核融合では生み出せない。吸熱反応となるため、エネルギーの壁に突き当たるからだ。

金や白金、そして現代エレクトロニクスに欠かせないランタノイド系をはじめとする希土類元素（レアアース）は、いかにして誕生したのか。長年謎とされてきたこの問いに対し、国立天文台などの国際観測チームが2022年10月、中性子星合体（キロノバ）の光ショック波からレアアースの合成を初めて直接特定した。超高密度の天体同士が超高速で激突し、膨大な中性子が原子核に猛烈な勢いで捕獲される「r過程（急速中性子捕獲過程）」を経て、宇宙の重元素が一気にばら撒かれたのである。