NASA/ESA ハッブル宇宙望遠鏡からのこの画像に写っているのは、複雑な宇宙塵構造を持つ NGC 4753 と呼ばれるレンズ状銀河です。 ここ地球上では、塵は、岩石などの地質源や、花粉、土、バクテリア、汚染物質などの他の物質に由来する小さな粒子の集合体です。宇宙では、塵は花粉や細菌で構成されていません。天文学者たちは何十年もの間、宇宙塵は小さなビリヤードの球のように、岩石や炭素の斑点がまばらに集まったものだと考えていた。これは単純な考えですが、新しい研究によると、おそらく間違っているようです。
宇宙塵は小さな岩石でできているわけではないことが判明した。綿毛です。
宇宙ミッション、高度なコンピュータ シミュレーション、革新的な実験室でのデータの包括的な分析により、原始塵の粒子は多孔質で複雑でフラクタルであり、固体の粒子というよりは繊細な雪の結晶に似ていることが主張されています。
埃っぽい秘密
宇宙塵はかつて天文学者にとって単なる迷惑であり、観測したい天体の一部を隠す障害物でした。赤外線天文学が始まり、より多くの波長が使用されるようになると、科学者は塵も有用であることに気づきました。彼らは、塵が星の光から吸収するエネルギーが、赤外線の波長でかすかな輝きとして放出されることを発見しました。この放出は強力なツールであることが判明し、天文学者は新しい星や惑星が誕生する濃い暗い雲内のガスと塵の合計質量を追跡できるようになりました。
しかし、その有用性は単なるトレーサーをはるかに超えています。科学者たちは現在、この塵が宇宙で最も重要な成分の一つであることを理解しています。宇宙の塵は単なるランダムな砂ではありません。これらの粒子は、岩石惑星、巨大ガス惑星の核、彗星や小惑星のような小さな天体の基本的な構成要素です。場合によっては、塵が触媒として作用して、これらのプロセスを加速することさえあります。
これは、惑星間の塵粒子の走査型電子顕微鏡画像です。画像クレジット:ワシントン大学/シアトル。 しかし結局のところ、宇宙塵についてはまだ学ぶべきことがたくさんあります。
多孔質塵の根拠は、単一の発見に基づいて構築されるのではなく、太陽系全体と宇宙の深部から収集された手がかりの痕跡に基づいて構築されます。最初の最も説得力のある手がかりは、私たちが実際に触れることができる塵です。過去数年間、スターダストミッションとロゼッタミッションにより、研究者たちは原始塵のサンプルにアクセスできるようになりました。これらのサンプルでは、非常に多様な種類の粒子が示されており、その多くは「綿毛状の凝集体」、つまり多孔質で低密度の粒子の塊であることがわかりました。
これとは別に、科学者たちは研究室で塵の誕生を再現することに成功した。洗練された真空チャンバー内で、高出力レーザーを使用してグラファイトまたはシリコンベースの材料のターゲットを蒸発させ、塵が発生する死にかけている星の流出を模倣します。気化した原子は低圧ガス中で冷えて凝縮するため、固体の小さな球体を形成しません。その代わりに、それらは最初にナノメートルサイズの種子を形成し、その後衝突して付着し、最大 90% の空隙を持つ多孔質でランダムな形状の凝集体に成長します。これは彗星に見られるふわふわした粒子とほぼ完璧に一致します。
これが重要な理由
このレビューの筆頭著者であるフリードリヒ・シラー大学イエナ校のアレクセイ・ポタポフ博士は次のように説明しています。
「これらの粒子が多孔質である場合、それは、それらが私たちが考えていたよりもはるかに大きな表面積を持っていることを意味します。それは、分子が宇宙でどのように形成され、進化するかについての私たちの理解を根本的に変える可能性があります。」
ハッブル宇宙望遠鏡によって明らかにされた馬頭星雲の宇宙塵。画像クレジット:NASA。 現在使用されているかなりの数の宇宙モデルには、宇宙塵が含まれています。水素分子を含む多くの分子の形成は、宇宙塵と関連していると考えられています。いくつかのモデルは、その異常な原子配置を持つ粒子表面自体が強力な触媒として機能し、生命の芽を生み出すのに必要な複雑な有機分子の形成を積極的に促進する可能性さえ示唆しています。塵が思ったよりも多孔質であれば、このモデルは精緻に加工できる可能性があります。
第二に、このふわふわ感は、惑星形成理論における大きな悩み、つまり物事をどのように始めるかという問題を解決する可能性があります。惑星が成長するには、小さな塵の粒子が衝突したときに互いにくっつく必要があります。何十年もの間、モデルは、固体の岩の粒子が単に互いに跳ね返ったり砕けたりすることなく、どのようにしてこれを行うことができるかを説明するのに苦労しました。しかし、実験室での実験やシミュレーションでは、ふわふわした多孔質の骨材のほうが粘着性が高いことがわかっています。それらの開いた構造は衝撃時に変形して連動する可能性があり、衝突エネルギーが散逸し、バラバラになるよりも結合する可能性がはるかに高くなります。これは、惑星がどのように初期段階で成長を始めることができるかについて、より良い説明を提供するでしょう。
ヘリオットワット工学物理科学部のマーティン・マコーストラ教授は、「海綿状の粒子は、星間空間を移動する際の衝撃や放射線によってより簡単に破壊される可能性があります。」
と説明しました。しかし、おそらく最も重要な意味は水に関するものです。
地球の水は塵から来ている可能性はありますか?
地球は太陽系の「スノーライン」、つまり水が凍って固い氷になるには暖かすぎる領域の内側で形成されました。ここの塵は完全に乾いているはずだ。それでは、私たちの海はどこから来たのでしょうか?長い間有力な理論は、地球は乾燥して生まれ、ずっと後に太陽系外縁部から飛来した氷の彗星や小惑星の集中攻撃によって水が供給されたというものでした。
多孔質の宇宙塵は代替手段を提供します。
多孔質ケイ酸塩粒子は強力な乾燥剤のように作用し、複雑な構造内に水分子を閉じ込めることができます。これらの水分子は非常に強く結合するため、高温でも塵粒に固定されたままになる可能性があります。これは、太陽系星雲の高温の内部領域にある塵の粒子は結局乾燥していなかったということを意味します。それらは、隠れた水の貯蔵庫を運ぶスポンジでした。
地球は最初からこの水分を豊富に含んだ塵から造られた可能性があります。おそらく、地球はその海を偶然の天体衝突ではなく、その形成の構造そのものから受け継いだのでしょう。 JWST 観測の最近の分析では、遠く離れた惑星形成円盤の雪線の内側に水が閉じ込められているという興味深い証拠がすでに提供されています。これが真実であれば、銀河全体の岩だらけの地球に似た惑星が独自の水で誕生し、潜在的に居住可能な世界が私たちがこれまで考えていたよりもはるかに一般的になる可能性があることを示唆しています。
これはすべて少し推測的な話です。これが実際に起こったかどうかはわかりません。しかし、これは宇宙塵に関する新たな理解によって開かれた興味深い可能性の 1 つです。このふわふわしたスポンジのような物質には、惑星がどのように形成され、どのようにして水が播種されるのかを知るための重要な手がかりが含まれている可能性があります。
