太陽系の最初の惑星は氷ではなく、火で作られていた——Yale大学の研究チームがこのような結論に達した。太陽系形成の初期段階を解明しようとする新たな研究として、Nature Astrophysicsに掲載された論文は、従来の謎に一つの答えを示している。
コンドリュールとマトリックス——火と氷の競争
太陽系の初期段階における根本的な問いは、「火」と「氷」のどちらが優先されたのかというものだ。研究チームの筆頭著者であるYale大学地球惑星科学部の助教授Damanveer Grewalと共著者たちは、太陽系が初期段階から「火」を好んでいたと結論づけた。
「火」と「氷」の選択は大幅な単純化であるが、科学的には異なる物質の形成過程を指している。コンドリュール（chondrules）は、宇宙空間内の塵の塊が超新星からの大規模な衝撃波といった極端な加熱現象にさらされて溶融し、急速に冷却されてできたミリメートル単位の岩石である。一方、マトリックス（matrices）は同じ衝撃波の影響を受けなかった「ふわふわ」した塵粒子からなり、水氷を含む揮発性物質で構成されている。現存する隕石を調べると、この二つの物質タイプが並んで存在することが確認できる。
太陽系誕生から100万年以内の物質構成を調査
これまで太陽系形成後200万～400万年の比較的初期段階では、すでにコンドリュール（火）の優先傾向が顕著だったことが知られていた。しかしGrewal博士の研究チームは、さらに時間を遡り、太陽系誕生から100万年以内の状態を調べようと考えた。
この時期の岩体は地球上に原形のまま残されていない。放射性アルミニウム26（Aluminum-26）が原因である。半減期が約70万5千年しかないこの物質は、近くの超新星によって太陽系にもたらされ、初期の微惑星に集積されると、放射性熱で内部から融解させ、物質の内部構造を混合化させてしまった。
そこでGrewal博士らは、初期太陽系の暴力的な衝突によって生成された可能性のある鉄隕石に着目した。硫黄含有量と鉄の酸化状態という二つの指標を測定し、モデルを用いて分析した結果、調査した鉄隕石のマトリックス含有量は8％～17％という極めて低い値だった。つまり、氷はほとんど存在していなかったのである。いずれの数値も「火」への優先傾向を指し、太陽系の最初期段階からコンドリュールが優位だったことを示唆している。
物理学が支持する「火」の優位
この結果は、初期太陽系の物理学でも説明がつく。太陽の周りに形成されていた巨大な原始惑星系円盤は、遠心分離機のように機能した。遠心分離では密度が似た物質が集まるため、コンドリュールが蓄積して最初の微惑星を形成できた。一方、より軽く膨張性の高いマトリックスは吹き飛ばされ、後に彗星のような天体へと集結したと考えられる。
本論文は太陽系初期段階の理解を一歩前へ進める成果であり、多くの惑星科学者の予測とも合致している。ただし、Aluminum-26がどこから正確に供給されたのか、なぜ一部の物質だけが急速加熱されてコンドリュール化したのかといった未解明の問いは残されたままだ。太陽系初期のわずかな痕跡から謎を解くため、研究者たちはより工夫を凝らした手法の開発が求められている。
出典: Universe Today
