ジェームズ・ウェッブ望遠鏡、天の川の外側の複雑な有機化学環境を発見

英国のオックスフォード大学とスペインの宇宙生物学センター（CAB）が主導した最新の研究は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が、塵によってひどく覆われていた赤外の明るい銀河中心部で、理論的予想をはるかに超える豊富な低分子有機化合物を検出したことを示し、これまで天の川銀河の外で直接確認されたことのない複雑な有機化学環境を明らかにした。

研究者らは、高エネルギーの宇宙線が銀河の深部で炭素を豊富に含む塵粒子や多環芳香族炭化水素（PAH）に継続的に衝突させ、それらを粉々に砕き、より小さな有機分子を継続的に生成している可能性があると指摘しており、これらの深く埋もれた銀河核は宇宙における強力な「有機分子生産センター」となっている。

この研究は、超明るい赤外線銀河 IRAS 07251-0248 を対象としました。銀河の中心部は非常に高密度のガスと塵に包まれているため、中心の超大質量ブラックホールとその周囲の活動は可視光帯でほぼ完全に遮られており、従来の望遠鏡で内部を覗き込むことは困難です。ただし、赤外線帯域の光は塵を透過する可能性があります。ジェームズウェッブ望遠鏡はこれを利用して、埋もれた銀河核の詳細な観察を実施し、どのような化学プロセスがこの極端な環境を支配しているかを決定することができました。

研究チームは、JWSTの近赤外および中赤外のスペクトルデータを使用して、3〜28ミクロンの波長範囲の放射線の詳細な分析を実施しました。 NIRSpec と中赤外機器によって得られたスペクトル線を組み合わせて、気相分子、氷のような内包物、塵粒子の特徴的な「指紋」を特定しました。これらのスペクトルの特徴をモデル化することで、科学者は銀河中心部のさまざまな化合物の存在量と温度分布を推定し、前例のない「化学構造図」を描くことができます。

その結果、埋没銀河核の内部には、ベンゼン (C₆H₆)、メタン (CH₄)、アセチレン (C₂H₂)、ジアセチレン (C₄H₂)、トリアセチレン (C₆H₂) などの一連の炭素と水素を含む分子を含む、非常に豊富な種類の小さな有機分子が存在することが示されました。研究チームはまた、天の川銀河の外で初めてメチルラジカル（CH₃）を直接検出したが、この発見はこの領域の有機化学ネットワークの複雑さをさらに浮き彫りにした。観察では、気相分子に加えて、炭素を多く含む塵粒子や水の氷などの固体物質が多数存在することも明らかになり、炭素源を説明する重要な手がかりとなった。

オックスフォード大学に勤務し、現在は宇宙生物学センターに勤務しているこの論文の筆頭著者であるイスマエル・ガルシア・バーネット氏は、観測された有機小分子の存在量は既存の理論モデルの予想よりもはるかに多く、この複雑で効率的な化学ネットワークを推進している銀河の中心部には継続的な炭素源が存在するに違いないと示唆していると述べた。研究チームの分析は、高温や乱流だけではこの化学濃縮現象を説明するには十分ではないことを示している。より合理的な説明は、高エネルギー宇宙線がそれに重要な役割を果たしているということです。

オックスフォード大学のチームが開発した多環芳香族炭化水素の理論モデルと分析方法を用いて、研究者らは、これらの極端な銀河核に満たされた宇宙線が頻繁にPAHsや炭素を豊富に含む塵粒子に衝突し、もともと大きな炭素ベースの構造を粉砕し、多数の小さな有機分子をガス中に放出することを発見した。この研究では、いくつかの同様の銀河において、炭化水素分子の存在量と宇宙線の電離レベルとの間に有意な相関関係があることも発見した。この統計的証拠は、「宇宙線駆動の有機化学工場」の構図をさらに裏付けています。

今回検出された有機低分子は、それ自体は生命を構成するものではないが、高次の「前生化学」の重要な原料の一つであると考えられている。共著者であるオックスフォード大学物理学教授のディミトラ・リゴポウロウ氏は、このような小分子は生きた細胞の中に直接現れるわけではないが、アミノ酸やヌクレオチドなどの生命の基本的な分子を形成する前に重要な役割を果たし、無機物質から複雑な有機系への重要な中間結合を表す可能性があると指摘した。

研究者らは、厚い塵の中に埋もれているIRAS 07251-0248のような銀河核が、宇宙の化学進化においてこれまで考えられていたよりもはるかに重要な役割を果たしている可能性があると示唆している。これらは、星やブラックホールの激しい活動のエネルギーセンターであるだけでなく、大規模な有機分子の合成と加工のための「作業場」でもある可能性があり、さまざまな有機化合物を銀河内、さらにはより広い星間空間に継続的に輸送し、それによって銀河全体の化学組成と進化の軌跡に影響を与えている可能性があります。

この研究は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が極限環境における化学プロセスを検出する独自の能力を実証し、科学者がこれまでほぼ完全に目に見えなかった埋もれた銀河核の化学活動を初めて体系的に観察できるようにするものです。関連する結果は、2026年2月6日にジャーナル「ネイチャー・アストロノミー」に掲載された。この論文は「埋もれた銀河核における豊富な炭化水素、炭素質ダスト粒子、および多環芳香族炭化水素処理の兆候」と題され、宇宙で炭素と複雑な有機分子がどのように生成され進化するかを理解するための重要な観察証拠をさらに提供する。