NASAは最近、天文学者らがジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、太陽系外の彗星（3I/ATLAS）の「化学指紋」を中赤外線帯域で初めて取得したと発表した。その結果、彗星にはメタンや二酸化炭素などの大量の揮発性物質が含まれていることが明らかになり、この恒星間訪問者が太陽系とは全く異なる惑星系で生まれた可能性があることが示された。
3I/ATLAS は、太陽系で発生したのではなく、他の星の周囲の惑星系から離脱した後、私たちの星間界隈に侵入した珍しい星間彗星です。ハッブル宇宙望遠鏡は、この彗星が地球から約3億6500万キロメートル離れた2025年7月21日に撮影した。ウェッブ望遠鏡による最新の観測により、中赤外線帯域における周囲のガスの詳細な化学組成がさらに明らかになりました。
研究チームは、ウェッブ望遠鏡に搭載された中間赤外線観測装置MIRI（Mid-Infrared Instrument）を用いて、彗星が近日点を通過し、徐々に太陽から遠ざかる様子を3I/ATLASによる2回の追尾観測を実施した。最初の観測は2025年12月15日と16日に行われ、このとき彗星は太陽から約2億500万マイル（約3億2900万キロメートル）の距離にあった。 2回目の観測は12月27日に行われ、約2億3,600万マイル（約3億7,900万キロメートル）の位置まで移動した。
観測結果は、人類が星間物体上でメタンガスを直接検出したのは初めてであることを示した。メタンは揮発性の高い物質であり、通常は温度がわずかに上昇すると、固体の氷から気体に急速に変化します。今回検出されたメタンは、彗星が近日点を通過した後に出現したもので、このことはメタンが彗星の核の表面下に長い間埋もれ、物質の外層に遮蔽され、加熱初期に揮発して逃げなかった可能性があることを示している。
科学者らは、3I/ATLASが太陽に近づくと、太陽光が彗星の核のより深い層にある氷を加熱し続け、以前は内部に包まれて蓄えられていたメタンが放出され、ガスの形で彗星の周囲から拡散するのではないかと推測している。驚いたことに、今回検出されたメタンは水蒸気に比べて比較的豊富に存在する。この化学比は太陽系の彗星の中では極めてまれであり、この星間彗星と局地彗星の組成の違いを浮き彫りにしている。
MIRI スペクトルでは、メタンに加えて、3I/ATLAS の二酸化炭素含有量も異常に高いことも確認されました。この彗星は、典型的な太陽系彗星よりも、水に対する二酸化炭素の比率が著しく高かった。メタンと二酸化炭素という2つの揮発性物質が異常に豊富に存在することと相まって、研究チームは、この組み合わせが、私たちがよく知っている初期太陽系の環境とは大きく異なる形成場所を示していると考えている。
研究者らは、3I/ATLASに含まれるメタンと二酸化炭素の含有量が高いことは、親星の周囲の原始惑星系円盤の温度、化学組成、放射条件が太陽系とは大きく異なることを反映している可能性があると指摘した。たとえば、特定の炭素ベースの分子が豊富なより寒い地域で形成された可能性や、形成後に異なる移動と進化のプロセスを経て、太陽系彗星のものとは異なる化学的痕跡が氷に「封印」された可能性があります。
彗星が太陽から遠ざかる軌道を回り続けるにつれて、ウェッブ望遠鏡はガス放出活動の大幅な減少、特に水蒸気生成の最も顕著な減少を記録しました。科学研究チームは、この現象は彗星の物理過程の一般的な予想と一致していると説明し、彗星が太陽から遠ざかるほど受け取る熱が減り、表面と内部の氷体の昇華効率が低下するため、さまざまな揮発性物質のガス放出率が低下する、と説明した。
水の氷はメタンや二酸化炭素よりも揮発性が低いため、彗星が太陽から遠ざかり温度が下がり続けると、最初に水蒸気の生成量が急激な減少を示すことになる。この変化により、科学者は彗星の軌道上のさまざまな場所でさまざまな揮発性物質の放出挙動を観察する動的な視点が得られ、それによって彗星の核内のさまざまなレベルの組成と構造が制約されることになります。
技術レベルでは、この観測は MIRI の中解像度分光計 (中解像度分光計) に依存していました。この機器は、中赤外光をさまざまな波長に分解し、「統合フィールドユニット」の形で小さな空のさまざまな場所のスペクトルデータを同時に取得できます。このようにして、科学者は彗星の核を取り囲む特定のガス組成を特定し、昏睡状態におけるこれらのガスの空間分布をマッピングすることができます。
画像解析によると、彗星の核自体をはるかに超えて水蒸気が分布していることが示されている。これは、昏睡状態にある氷の粒子が加熱されるとかなりの量の水が放出されるためである。対照的に、二酸化炭素とメタンは彗星の核の近くでより集中しており、これらが主に彗星の核内の氷層の昇華から直接生じていることを示しています。さまざまな種類のガスの空間分布を比較することで、研究チームは、3I/ATLAS 内の各層の材料の発生源と揮発メカニズムをより正確に特徴付けることができました。
天文学者らは、それぞれの星間彗星は異星惑星系からの「化学サンプル」のようなもので、人間が異なる星系の惑星形成環境を比較するのに役立つと指摘している。 3I/ATLAS の観測結果は、宇宙には豊富で多様な惑星系と化学型の小天体が存在し、太陽系はその可能性の 1 つにすぎないことを示しています。ウェッブ望遠鏡のような装置が引き続き稼働するにつれて、将来的にはより多くの星間訪問者による詳細な観測により、他の惑星系における氷の天体の形成条件や進化の軌跡がさらに明らかになることが期待されています。
関連する研究結果は、「The Volatile Inventory of 3I/ATLAS as Seen with JWST/MIRI」というタイトルで「The Astrophysical Journal Letters」に掲載されました。著者チームには、Matthew Belyakov、Ian Wong、Bryce T. Bolin、M. Ryleigh Davis、Steven J. Bromley、Carey M. Lisse、Michael E. Brown が含まれます。この記事は 2026 年 4 月 8 日に正式に公開されました。