太陽系外からの珍しい彗星は、太陽系とはまったく異なる環境で誕生した「エイリアン」惑星系がどのようなものかを知る貴重な機会を天文学者に提供している。 3I/ATLAS と名付けられたこの天体は、1 年も前に太陽系を通過中に発見されました。科学者たちは彗星の正確な起源はまだわかっていないが、ミシガン大学主導の新しい研究は、この彗星が宇宙の異常に寒い領域で形成された可能性が最も高いことを示している。

この研究は『Nature Astronomy』最新号に掲載されました。主要な発見は、3I/ATLAS に含まれる水には「重水」と呼ばれる特殊な種類の水分子が豊富に含まれており、重水素 (重水素) の含有量が異常に高いという特徴があります。この研究は、米国国立科学財団やチリ国立科学研究開発庁などから資金提供を受けた。研究チームは、この特別な同位体比を通じて、科学者は天の川銀河の他の惑星系の形成条件について前例のない化学的な「逆演繹」を行うことができると指摘した。

水分子は 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子で構成されており、化学式は H₂O です。通常の水では、水素原子には陽子が 1 つだけ含まれています。水素のより重い同位体である重水素は、原子核内に陽子と中性子の両方を持っています。研究者らは、3I/ATLAS 中の水分子のかなりの部分が「重水素水」、つまり重水素を含む重水であることを発見しました。重水は地球上と太陽系全体の彗星の中に存在しますが、3I/ATLAS の量はこれまでの観測をはるかに上回っています。

「この彗星の普通の水素に対する重水中の重水素の比率は、他の惑星系や惑星彗星で見られるものよりも高い」と、論文の筆頭著者でミシガン大学天文学部の博士課程学生であるルイス・サラザール・マンザーノ氏は述べた。この研究は、3I/ATLAS 内の水の重水素/水素比が、太陽系の彗星で測定された値の約 30 倍、地球の海洋で見つかったものよりも約 40 倍大きいことを示しています。この極端な比率は、太陽系が極寒の環境で形成され、太陽系が誕生したばかりの頃に局所環境よりもはるかに低い放射線レベルを受けていたことを示唆しています。

科学研究チームは、水中の重水素と水素などの化学比が、彗星や惑星の形成条件を理解するための重要な「指紋」であると指摘した。 3I/ATLAS の化学的特徴を太陽系天体と比較した後、研究者らは、この彗星は温度が低く放射線が弱い星間領域で誕生した可能性が高いと結論付けました。 「これは、私たちの太陽系の形成に寄与した条件が宇宙の普遍的なテンプレートではないことを証明しています。」この論文の共同代表者の一人で、ミシガン大学の天文学助教授であるテレサ・パネケ・カレーニョ氏は、「当たり前のことのように聞こえるかもしれないが、科学における一見『明白な』判断の多くは、データによって一つ一つ確認されなければならない」と指摘した。

星間訪問者のこのような詳細な化学分析を行うには、運も重要です。まず、3I/ATLAS は太陽系内で十分早期に発見され、天文学者が主要な望遠鏡の観測時間を確保できるようにする必要があります。最初の確認を完了した後、サラザール・マンザーノ氏と彼のチームは、米国アリゾナ州のMDM天文台での観測時間を申請することに成功し、そこで彗星が放出したガスの最も初期の兆候のいくつかを捉えました。

その後、チリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波アレイ（ALMA）望遠鏡を使用した分子組成研究を専門とするパネク・カレーニョ氏と共同研究を行った。アルマ望遠鏡は、普通の水と重水素化重水の間の弱い信号の違いを区別するのに十分な感度を備えているため、研究チームは両者の比を直接計算することができます。科学者らは、このような微細水同位体分析が星間物体で成功裏に実施されたのは今回が初めてであると強調している。

「ミシガン大学に在籍し、これらの施設にアクセスできることが、この研究を可能にする鍵です」とサラザール・マンツァーノ氏は語った。同氏は、チームメンバーは複数の分野で豊富な経験と補完的な強みを持っているため、異なる観測データを効率的に統合し、テストに耐えられる物理的な説明を行うことができると述べた。

これまでのところ、天文学界は太陽系に星間訪問者を確認したのは 3 人だけで、そのうちの 1 人は 3I/ATLAS です。研究者らは、今回の研究は、観測条件が許す限り、星間天体の化学的「物理的検査」が将来完全に実現可能であることを示しており、これにより天の川銀河におけるさまざまな惑星系の形成過程を理解するための新たな窓が開かれると考えている。新世代の空調査施設が稼働するにつれて、そのような星間訪問者の発見は大幅に増加すると予想されます。

パネク＝カレーニョ氏はまた、暗い夜空を守り、光害を減らすことの重要性が日に日に増していると強調した。十分に澄んだ暗い空の背景がある場合にのみ、天文学者は深宇宙からのこれらの弱い信号を捕捉し続けることができます。