過去の超新星が放った宇宙線が地球誕生のカギだった ──「宇宙線浴」メカニズムで太陽系の放射性元素の起源に迫る──研究成果

発表のポイント

• 地球型惑星の形成に必要とされる短寿命放射性核種（²⁶Alなど）の起源の謎を解く、新説「宇宙線浴（Immersion）」メカニズムを提案しました。
• このメカニズムは、太陽系を破壊しない“安全な距離”で起きた超新星によって、隕石に記録されたすべての短寿命放射性核種の量を矛盾なく説明することに、世界で初めて成功しました。
• このプロセスは、太陽のような星が形成される星団環境では珍しくなく、地球のような惑星が従来の理解よりも“ありふれた”存在である可能性を示します。

「宇宙線浴 (Immersion）」メカニズムの概念図
超新星爆発の衝撃波が、原始太陽系円盤全体を包み込み、内部で核反応を引き起こす様子

概要

　東京大学宇宙線研究所の澤田涼特任研究員（研究当時：大学院総合文化研究科 学振特別研究員）と、同大学大学院総合文化研究科の黒川宏之准教授、諏訪雄大准教授、瀧哲朗特任研究員、京都大学のLEE Shiu-Hang准教授（兼：東京大学 カブリ数物連携宇宙研究機構 客員科学研究員）、福井県立大学の谷川衝准教授らによる研究グループは、地球のような岩石惑星の誕生に不可欠な短寿命放射性核種（¹⁰Be、²⁶Al、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁵³Mn、⁶⁰Fe）（注1）が、どのようにして初期の太陽系にもたらされたかという天文学の長年の謎を解決する新しい理論「宇宙線浴（Immersion）」メカニズムを提案しました。

　本研究が提案する新しいメカニズムは、太陽系近傍で起きた超新星爆発（注2）の物質が太陽系円盤に「注入」されるとともに、爆発の衝撃波に閉じ込められた高エネルギー宇宙線に円盤全体が包み込まれて、円盤内で短寿命放射性核種が「合成」されるというものです。

　この理論モデルに基づくと、太陽系を破壊しない安全な距離（約1パーセク、約3.3光年）で起きた超新星爆発によって、隕石分析から推定される短寿命放射性核種の存在量を一貫して説明できることが示されました。これは、従来のどのモデルも説明できなかった問題を解き明かす成果であり、太陽系の起源、ひいては地球型惑星の普遍性に迫る重要な知見です。

図1：各モデルによる放射性元素の存在量の比較
隕石から推定される初期太陽系の存在量（グラフ中央の「1」のライン）に対し、各モデルの計算値をプロットしたもの。
本研究の「宇宙線浴」メカニズムは、すべての元素を許容範囲（灰色の帯）内で説明できている。（論文の図1aを改変）

• プレスリリース (PDFファイル： 484KB)

用語解説

（注1）短寿命放射性核種（¹⁰Be、²⁶Al、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁵³Mn、⁶⁰Fe）：
半減期が500万年以下の放射性同位体。太陽系形成（約46億年前）の最初期にのみ存在した。現在は消滅しているが、隕石中にその崩壊の痕跡（娘核種）が残されており、太陽系初期の年代測定や物理環境を知る上で極めて重要な「時計」となる。中でもアルミニウム26（26Al）は短寿命放射性核種の代表格で、半減期は約72万年。その崩壊熱が、初期太陽系の微惑星（惑星の材料）を内部から加熱し水や他の揮発性物質を揮発させたと考えられている。このプロセスが、地球のような岩石惑星の形成に重要な役割を果たしたとみられている。

（注2）超新星爆発：
質量が太陽の約8倍以上の重い星が、その一生の最後に起こす大規模な爆発現象。爆発によって、星の内部で核融合により合成された重い元素や、爆発時に新たに合成された放射性元素が宇宙空間に放出され、次世代の星や惑星の材料となる。