灼熱の天体として私たちに最も馴染み深いのは「太陽」です。

太陽の中心部は1600万℃に達し、太陽系では最も熱い場所ですが、この広い宇宙の中ではそこまで高い温度ではありません。

では、宇宙で最も熱い場所では一体どのくらいの温度に達するのでしょうか？

米ハーバード大学（Harvard University）の天文学者ダニエル・パルンボ（Daniel Palumbo）氏は、現在宇宙で最も熱いと考えられる場所で推定される温度は10兆℃に達すると話します。

10兆℃というと物理学的にもあまりにバカバカしい高温のように感じますが、一体そのような高温になる場所は宇宙のどこなのでしょうか？

宇宙で最も熱い天体とは？

超大質量ブラックホールとは、その名の通り、とてつもなく巨大なブラックホールのことを指します。

通常のブラックホールの質量が太陽の10〜100倍なのに対し、超大質量ブラックホールは太陽質量の10億〜100億倍もあるのです。

これまでの研究で、超大質量ブラックホールのほとんどは銀河の中心に存在することが分かっており、きわめて強力な引力で周囲の物質を吸い込み、光さえも捕らえて逃しません。

専門家によると、超大質量ブラックホールの内側は極低温になると見られていますが、その周囲にできたガスや塵の集合体である「降着円盤」は途方もなく高い温度に達するという。

さらに、この降着円盤はお風呂の栓を抜いたときにできる渦のようなもので、内側から順にガスがブラックホールの中へと吸い込まれています。

このときにガス同士の激しい摩擦が生じることで高速のジェットを放出し、これが数兆°Cという灼熱の温度に達するのです。

一般的に、原始星にガスが降着するときに生じる原始星ジェットは比較的低速ですが、超大質量ブラックホールのジェットは光のスピードに近い激しい現象であり、専門的には「相対論的ジェット」と呼ばれています。

超大質量ブラックホールから放たれた相対論的ジェットは、距離にして数百万光年にわたって伸びることもあるという。

そしてパルンボ氏によると、これまでに観測された最も高温の場所は「クエーサー3C273」であるといいます。

普通のブラックホールは観測で見えるほど明るい円盤は生じませんが、超大質量ブラックホールなどの場合、観測で見えるほど強く明るく輝く場合があります。

中でも非常に活発に活動しているものをクエーサー（活動銀河核）と呼び、これは宇宙で最も明るい天体とされます。

クエーサー3C273は、地球からおとめ座の方角に約24億光年離れた場所にあり、先に説明したように、超大質量ブラックホールに落ち込むガス同士の摩擦によって、とんでもない温度を放っています。

米東部ウェストバージニア州にあるグリーンバンク天文台での観測によると、クエーサー3C273の温度は約10兆ケルビン（摂氏にして10兆度以上）に達しているのです。

これが人類の観測史上、宇宙で最も熱い場所として記録されています。

また相対論的ジェットが放出された場合は、さらに温度が上昇していると考えられています。

この熱さに比べると、太陽中心の1600万℃でさえ、ぬるま湯くらいに感じられるでしょう。

またパルンボ氏は「ブラックホールが確実に熱い場所であることは確かだが、宇宙で災害が起きたときも非常に高温になる場合がある」と話します。

つまり、非常に高温となる宇宙の災害とはなんなのでしょう？

高温が発生する宇宙の災害とは？

パルンボ氏によると、そのイベントとは2つの巨大な天体が衝突して爆発を起こすことだと話します。

2019年に発表された研究（Nature Physics, 2019）では、2つの中性子星（質量の大きな恒星が最晩年に至る天体）が衝突した場合、8000億℃の高温が発生すると推計しています。

それでもクエーサーの降着円盤よりはだいぶ冷たいものですが、もし中性子星とブラックホールが衝突した場合には、もっと大きな高温になる可能性があるようです。

ただいずれにせよ、こうした遠くの天体の温度を調べるのは非常に難しく、クエーサー3C273の温度推計にも不確実性が残っているとパルンボ氏は指摘します。

それもそのはず、天体の温度は家のお風呂の温度のようには測れず、その天体が放つ電波やX線を調べることで間接的に推定するしかないからです。

それでも現在開発が進んでいる「X線分光撮像衛星（XRISM）」などは、高温プラズマの速度や化学組成をこれまでにない精度で調べることが可能であり、この技術によって天体のより正確な温度が分かるようになるでしょう。

もしかしたら今後、クエーサー3C273を超えるホットな天体やイベントが見つかるかもしれません。

研究者も困惑する観測史上最大の宇宙爆発！

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リチウムイオン電池の最大の弱点が宇宙空間では強みに変わるかもしれません。

リチウムイオン電池は穴が開いたり破損すると、発火したり爆発する危険性があることで知られます。

しかし米エアロスペース社（Aerospace Corporation）とアメリカ航空宇宙局（NASA）は、この発火が寿命の尽きた人工衛星の推力として使える可能性があると発表しました。

例えば、運用を終えた人工衛星はそのまま放置すると宇宙ゴミ（スペースデブリ）になってしまいますが、電池を爆破させた推力で軌道を変え、大気圏に突入させられます。

しかも電池を爆破させるには、既存の装置で加熱して熱暴走を促すだけなので、追加の機器も必要ないとのことです。

なぜリチウムイオン電池は爆発するのか？

リチウムイオン電池は高電圧・高容量・長寿命といった多くのメリットがあり、スマホやノートPC、デジカメなど身近なシーンで使用されています。

しかし近年、リチウムイオン電池の発火事故が急増しており、その危険性について耳にする機会も多くなりました。

例えば、JALやANAの航空会社は、160Whを超えるリチウムイオン電池は機内への持ち込みが禁止されています。

最も注意すべきは、外部からの強い衝撃でリチウムイオン電池に穴があいたり、破損することです。

衝撃で電池の内部が壊れると、正極と負極がダイレクトに接触するショート（短絡）が起きます。

（粗悪なリチウムイオン電池が何度も使用すると爆発するのは、炭素や金属粉などが繰り返しの使用で両極を隔てる隔壁を突き破って移動しショートしてしまうためです）

このショートが引き金となって、負極と電解液の反応あるいは電解液の分解といった発熱反応が起こります。

ここで終わる場合もありますが、さらに温度が170℃〜200℃まで達してしまうと、電池内の金属酸化物の結晶が崩壊して酸素が放出され、発熱反応が加速して「熱暴走（発火や爆発）」を起こすのです。

人工衛星のバッテリー

人工衛星の運用にはバッテリーが欠かせません。

太陽光が当たる期間はソーラーパネルによる発電が可能ですが、太陽の当たらない日陰に入るとバッテリーに蓄電した電力で稼働します。

そして現在、多くの人工衛星のバッテリーとして使われているのがリチウムイオン電池なのです。

特に日本は世界に先駆けて衛星のための大型リチウムイオン電池の開発を進め、2003年5月に打ち上げられた「はやぶさ」には世界初となる宇宙用リチウムイオン電池が搭載されました。

一方で、人工衛星の分野では、地球低軌道（LEO）に浮遊して増え続けるスペースデブリの問題を考慮しなければなりません。

寿命が尽きた衛星を放置すれば宇宙ゴミとなる上に、他のデブリと衝突して破片を生むことで、ゴミの数を爆増させてしまいます。

そこで運用を終えた衛星は基本的に、電力が残っているうちに軌道を変えて、大気圏に突入させ燃え尽きるようにするのです。

ところが衛星の中には、軌道を変える前にバッテリー切れを起こすケースが数多く報告されており、身動きできない衛星がデブリとなってしまうことが問題視されていました。

研究チームは、その万策尽きた状態の中、衛星を動かす最終手段として「リチウムイオン電池を意図的に爆破させる」ことを思いついたのです。

万策尽きた人工衛星の最後の手段

チームはこの技術を「リチウムイオン電池を爆発させて衛星の軌道を変える」という意味合いから「リチウムイオンバッテリー・ディオービター （Lithium Ion Battery DeOrbiter：LiBDO） 」 と名づけています。

LiBDOは、新たに開発して搭載すべき外部ハードウェアを必要としません。

電池を爆発させるには、すでに搭載されているヒーター装置で170℃以上に過熱し、熱暴走に導けばよいのです。

チームが電池の爆発からどれくらいの推力が得られるかテストしたところ、電池1個が爆発することで約29.3N（ニュートン）の推力が得られることが分かりました。

地上で1キロの物を持つと9.8Nの力が加わるので、29.3Nは大した力ではないように思われますが、NASAのジョセフ・ネマニック（Joseph Nemanick）氏は、新空中では衛星の軌道を変えるのに十分であると指摘します。

チームの試算では、電池1個の爆発で衛星の軌道離脱時間を最大55%短縮できると算出されました。

爆破させる電池の数を増やすことで、さらに大きな推力が得られるかもしれません。

それからチームは、電池の爆発自体によって生じるデブリは約50グラムと最小限に留められることも確認しました。

この量は運用中の人工衛星にぶつかっても支障のないレベルであり、加えて、軌道からもすぐに外れてしまうと考えられています。

LiBDOがいつ実用化されるのかはまだ発表されていませんが、この技術は万策尽きた人工衛星の”最後の推力”として役立つはずです。

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参考文献