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2026-03-30 20:00:00
最近見出しを独占した星間彗星「3I/ATLAS」の年齢は100億年から120億年の間である可能性があることが、彗星の同位体組成の新たな評価で示された。私たちの太陽系におけるこのいわゆる「侵略者」は、記録上、宇宙の外から私たちの近隣に侵入した3番目の物体にすぎません。
この彗星の新しい年齢推定が真実であれば、3I/ATLAS は天の川銀河の誕生から数十億年以内に誕生したことを示唆することになる。
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そこで、ミシガン大学とミシガン州立大学の天文学者アスター・テイラーとダリル・セリグマンは、彗星の速度に基づいて、3I/ATLASの「運動学的」年齢は30億歳から110億歳の間であると推定した。これはかなりの不確実性を伴う広い範囲であるが、NASAゴダードのマーティン・コーディナー氏が主導した新しい研究では、彗星の同位体組成に基づいて、その範囲の古い端を支持する結果が得られた。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の近赤外分光計（NIRSpec）を使った研究から、コーディナー氏と彼のチームは、3I/ATLAS 中の炭素 12 と炭素 13 の比率と、3I/ATLAS の水に水素の 2 つの安定同位体のうちの 1 つである重水素分子がどの程度濃縮されているかの両方を測定しました。これらの特性は両方とも、彗星の年齢と起源を推定するための重要なツールです。
同位体は、同じ元素の原子であり、陽子の数は同じですが、中性子の数が異なります。炭素 12 は炭素の通常の形で、陽子 6 個と中性子 6 個を持っています。炭素 13 は同位体で、陽子 6 個と中性子 7 個から構成されます。重水素には陽子が 1 つと中性子が 1 つあります (陽子が 1 つで中性子が無い通常の古い水素とは対照的です)。
3I/ATLAS では、炭素同位体は一酸化炭素や二酸化炭素などの化合物、さらにはメタノール、ホルムアルデヒド、メタンなどの有機分子にも含まれています。
NIRSpec は、3I/ATLAS には炭素 13 と比較して、太陽系で見られるものよりもはるかに多くの炭素 12 が含まれていることを発見しました。これは、少なくとも 3I/ATLAS がこのあたりのものではないことを示しています。
炭素 13 は、星間物質や星を形成する分子雲内で時間の経過とともに濃縮されます。したがって、炭素 12 と比較して炭素 13 の存在量が少ないということは、3I/ATLAS が遠い昔、つまり炭素 13 が現代のレベルまで蓄積できる前に形成されたに違いないことを示しています。
銀河進化のモデルに頼って、それが正確にどれくらい前のことなのかを推測することができます。
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天の川銀河が約 130 億年前に形成された後、スターバースト、つまり星形成の大規模な爆発が起こりました。これらの星の多くは急速に赤色巨星に進化し、その後外側の層を漂流し、惑星状星雲を形成しながら、高温で不活性な核（いわゆる白色矮星）を残しました。
星空を背景に進む3I/ATLAS。 (画像クレジット: ESA)
白色矮星が別の星と近い連星系にある場合、白色矮星は表面で熱核爆発を引き起こすほど大量の物質を盗む可能性があります。私たちはこれを新星と呼んでいますが、このような出来事は炭素 13 を大量に生成します。したがって、天の川銀河の歴史の最初の40億年間に、急速な新星爆発が起こったと予想されている。 3I/ATLAS が炭素 12 に比べて炭素 13 の比率がこれほど低いにもかかわらず、まだいくらかの重元素を含んでいるということは、銀河内に炭素 13 が豊富に蓄積する前に、これらすべての真ん中で形成されたに違いありません。
これにより、実際には 3I/ATLAS の年齢は 100 ～ 120 億歳となります。
3I/ATLAS における重水素の濃縮は、星間彗星の起源についても教えてくれます。重水素は、水中の通常の水素原子の 1 つまたは両方を置き換えることができます。科学者がこれを重水素濃縮と呼んでいます。 3I/ATLAS の水に濃縮された重水素の D/H 比は、太陽系で形成された典型的な彗星よりも一桁大きくなります。
この程度の濃縮は、特定の環境で発生します。水氷は、絶対零度より 30 度未満の温度 (30 ケルビン/摂氏 -243 度/華氏 -405 度) で重水素が豊富になる可能性があり、これは星間雲の典型的な現象であり、重元素が比較的少ない環境では、銀河の歴史の初期に形成されたことを示しています。
彗星は惑星と一緒に形成されるため、これらの発見が正しければ、3I/ATLAS は銀河の最も初期の惑星系の 1 つの遺物である可能性が非常に高くなります。 3I/ATLAS は、一緒に形成されたこれらの初期の惑星について何か教えてくれますか?
彗星は氷の天体であるため、氷を蒸発させてしまう若い星の熱から離れた、惑星形成円盤のより遠い範囲で形成されると考えられている。惑星を形成する円盤内で、水が蒸気または液体として存在する場所と氷として存在する場所との間の境界は、雪線と呼ばれます。
「一般的に彗星の物質は、原始惑星系円盤の水雪線の外側にある惑星の構成要素を表していると我々は考えている」とコーディナー氏はSpace.comに語った。 「したがって、おそらく星間彗星にも同じことが当てはまり、それらは太陽系外惑星が何から形成されたのかについて独自の洞察を提供します。」
ジェミニ南天文台を使用して撮影された3I/ATLAS彗星の観測。 (画像クレジット: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/Shadow the Scientist画像処理: J. Miller & M. Rodriguez (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab)、TA Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab)、M. Zamani (NSF NOIRLab))
科学者たちはまだ 3I/ATLAS の化学物質インベントリの全体像を構築中ですが、現段階で言えることがいくつかあります。
「2I/ボリソフと3I/ATLASはどちらも、太陽系彗星に比べて比較的炭素が豊富な組成を示している」とコーディナー氏は語った。 「少なくとも、これは起源の惑星系に炭素が豊富に存在することを意味します。3I/ATLAS には水も非常に豊富です。」
重水素とさまざまな炭素と酸素の化合物の存在は、3I/ATLAS の惑星系が形成されたと考えられる氷の塵粒子上で起こったかなり複雑な化学反応を示しており、宇宙の歴史の初期であっても有機分子と水が惑星の重要な構成要素であったことを物語っています。
しかし、3I/ATLAS の本当の起源は謎のままであり、おそらく今後も謎のままです。 3I/ATLAS とその近くを通過する恒星との間の重力相互作用が軌道を乱すため、1,000 万年以上前にその軌跡をたどることは不可能ではないにしても困難になっています。
ただし、その時代の知識により、状況は少し絞り込まれます。
天の川銀河の円盤は 2 つの部分に分かれています。幅の狭い、深さ 1,000 光年の円盤は、現在私たちの銀河の星形成のほとんどが行われている場所 (そして太陽が生まれた場所) であり、その円盤はより拡散してより深く厚い円盤 (深さ約 3,000 光年) の中にあります。欧州宇宙機関のガイア計画による厚い円盤内の星の観察では、厚い円盤が130億年前に形成され始めたことを示唆しているが、薄い円盤はそれよりずっと新しく、約90億年前に形成されたと考えられている。これらの年齢が正しければ、3I/ATLAS は厚い円盤星から来た可能性があります。
「年が上がれば上がるほどその可能性が高くなるような気がする [3I/ATLAS] です」とコーディナー氏は語った。
実際、3I/ATLAS は非常に古いものであるため、それを生み出した星系はもはや存在すらしていない可能性があります。 3I/ATLAS は本当に惑星形成の失われた時代の遺物なのでしょうか?
調査結果は現在ピアレビューを待っていますが、次の方法で入手できます。 プレプリント。
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