ジェームズ・ウェッブ氏、宇宙線によって形成された星間彗星3I/アトラスの20メートルの地殻を明らかに

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による新たな観測により、別の星系への3番目の訪問者であることが確認された星間彗星3I/アトラスに関する驚くべき詳細が明らかになった。分析の結果、この天体には厚さ15～20メートルの地殻があることが明らかになった。これは、天の川銀河の深宇宙を10億年も旅する間に宇宙放射線に長時間さらされた結果だという。

このデータは、彗星が地球から 4 億 4,500 万キロ離れた安全な距離にあった 2025 年 8 月に収集されました。王立ベルギー宇宙航空研究所の研究者らが主導した今回の発見は、他の星系の天体が、太陽系に入るずっと前に、星間空間の過酷な環境によってどのように化学的に変化するのかについて、前例のない視点を提供するものである。

この研究は、3I/Atlas の表面で起こった重要な化学プロセス、つまり一酸化炭素 (CO) から二酸化炭素 (CO2) への変換を指摘しています。高エネルギー粒子の継続的な衝突によって引き起こされるこの現象は、彗星が太陽に近づくにつれて彗星の周囲に形成される、コマとして知られるガスと塵の雲で検出される特異な化学組成を説明します。

前例のない化学的特徴

彗星 3I/アトラスの組成は、太陽系固有の天体で見られる組成とは根本的に異なることが判明しました。科学者たちは、ジェームズ・ウェッブに搭載された近赤外分光器 (NIRSpec) を使用して、彗星のコマから反射された光を分析することができました。スペクトル分析の結果、二酸化炭素が非常に豊富に存在することが明らかになり、CO2対水(H2O)比は7.6で、これまでに研究された彗星としては最高値を記録した。この特徴は、3I/アトラスがその母星系の極寒の領域で形成されたことを示唆しており、そこでは二酸化炭素が水よりもはるかに支配的な成分であり、私たち自身の星系を形成した星雲とは異なるシナリオである。

CO2 のこの優位性は、その起源と進化の両方を理解する鍵となります。カイパーベルトやオールトの雲からの彗星には水の氷が豊富に含まれていますが、3I/アトラスの組成は、はるかに氷が多く、親星から遠い形成環境を示しています。表面が放射線によって大きく変化しているにもかかわらず、彗星の核は依然として原始的な物質を保存しており、銀河の別の部分の化学反応の直接的なサンプルとなると考えられている。この望遠鏡は、毎秒 129 キログラムの CO2 の放出速度を測定しました。これは、太陽熱の影響下でこの化合物が揮発性であることを裏付ける量です。

天の川を巡る長い旅

3I/アトラスの厚い地殻の形成は、星間物質を通る長く孤独な旅の証拠です。この彗星は、おそらく私たちの太陽系よりも古い、最大70億年間銀河を歩き回っていたと推定されています。この横断中に、銀河宇宙線が絶え間なく浴びせられました。銀河宇宙線は、超新星やその他の暴力的な出来事によって加速された高エネルギーの素粒子です。太陽圏（太陽によって生成され、放射線の多くを偏向させる磁気泡）によって保護されている局地彗星とは異なり、3I/アトラスは完全に露出しました。この継続的な砲撃により、氷の表面で化学反応が引き起こされ、一酸化炭素が二酸化炭素に変換されました。 67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星へのロゼッタ計画のデータに基づく計算シミュレーションは、わずか10億年間の曝露でこの厚さの変性層を生成するのに十分であることを示し、この天体の古代と太陽系外起源を裏付けるものとなった。

訪問者の双曲線の軌跡

3I/アトラスの星間天体としての分類は、その独特な軌道のため明確です。

彗星は双曲軌道をたどります。これは、その速度が非常に速いため、太陽の重力が彗星を捉えることができないことを意味します。

時速 210,000 キロメートル以上で移動しているこの星は、ちょうど私たちの星系を通過し、星間空間に戻り、二度と戻ることはありません。

この発見は、2025 年 7 月 1 日にチリで ATLAS 天文調査システムによって射手座の方向に発見されました。

太陽接近時の観測

2025 年 10 月 29 日に 3I/アトラスが太陽に最も近い近日点に近づくと、太陽熱が地殻内の氷を昇華し始めました。この過程で閉じ込められたガスと塵が放出され、活動的な彗星の特徴である明るいコマと尾が形成されました。この機会は科学者にとって極めて重要で、近日点の前後で放出された物質の組成を比較することができ、外層が十分に侵食されて内部のより原始的な物質が露出することを期待していた。

SOHO や STEREO-A などの天文台は、太陽から遠く離れた場所でも明るさの急速な増加とガスジェットの噴出を記録しました。主に二酸化炭素の昇華によって引き起こされるこの激しい活動は、彗星の表面の揮発性が高い性質を裏付け、星間物体と星の放射との相互作用に関する貴重なデータを提供した。

オブジェクトの物理的および視覚的な詳細

3I/アトラス観測キャンペーンは、地上と宇宙の両方にある複数の望遠鏡の間で調整された取り組みでした。

ハッブルとジェームス・ウェッブからの画像を組み合わせたことにより、直径440メートルから5.6キロメートルの間であると考えられている核のサイズを広範囲で推定することが可能になった。これは、濃い昏睡状態の中で固体核を観察するのは難しいためである。

この観察では、その外観に関する詳細も明らかになった。核の表面は複雑な有機化合物が豊富な天体に特有の赤みがかった色をしていた一方、昏睡状態は昇華中に放出された炭素分子の加熱に起因すると考えられ、強い青みがかった色を示した。

変化した地殻が教えてくれること

3I/アトラスと太陽系の彗星の主な違いは、二酸化炭素が主成分であるその化学的性質にあります。局地彗星では、水が最も豊富な揮発性化合物であり、原始太陽系星雲の形成条件を反映している。データは、照射された地殻が星間訪問者の表面化学を支配しているが、より深い層はその故郷の銀河の元の組成を保存している可能性が高いことを裏付けています。

この発見は、宇宙を長期間旅する天体における化学変化の強力な因子としての宇宙放射線の役割を強化するものである。 3I/Atlas 研究は、極限環境における天体の進化を理解するための自然実験室として機能し、星間訪問者の将来の観測を調整するためのモデルを提供します。

今後の彗星の解析

3I/アトラスに関して収集されたデータは今後何年にもわたって分析され、銀河に生息する小天体の多様性と、それらが恒星系間で化学物質をどのように輸送するかについての私たちの理解における重要なギャップを埋めることになるでしょう。