ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所のサラ・ペティ氏が率いる天文学者のチームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使用し、若い恒星である「βピクトリス」を取り囲むデブリ円盤の中で水氷と二酸化炭素を発見しました。地球から約64光年の距離に位置し、年齢が約2000万年であるこの恒星は、周囲に広大な塵とデブリの円盤が存在するため、惑星系の形成段階を研究するための理想的な自然の実験室となっています。
望遠鏡の近赤外線分光器（NIRSpec）を用いて行われた分光分析により、円盤内に存在する水氷は結晶構造ではなく、ガラス質で非晶質の形態をとっており、太陽系内の彗星で観測されるものに近い割合で二酸化炭素の分子と均一に混合されていることが示されました。研究者らの推計によると、この円盤を構成する氷の約11%が二酸化炭素であり、この比率は彗星やその他の初期の恒星系で見られる割合と一致しています。
実際の意味合いはどう変化するか？
この発見は、中心星からの紫外線に絶えずさらされている環境において、氷の物質がどのように生き延びることができるかについてのより深い理解をもたらします。紫外線は純粋な氷や小さな塵を急速に破壊するはずでした。理論モデルによれば、水氷の構造内に二酸化炭素分子が組み込まれることが保護をもたらし、その存続を可能にしています。また、100ケルビン未満の非常に低い温度を必要とする氷の非晶質な構造は、その起源が星間物質にあること、すなわち、βピクトリスの惑星が形成され始める前の冷たく高密度な雲の中で形成されたことを示しています。
再生成の原動力としての継続的な衝突
研究者らは、円盤全体への氷の均一な分布は、小惑星や微惑星の間での絶え間ない衝突によるものであると説明しました。こうした激しい衝突が物体を粉砕し、その内部で保護されていた氷を露出しさせ、紫外線によって消費される分を絶えず補充しているためであり、これが円盤内に一酸化炭素ガスが存在し続け理由をも説明しています。
これらの結果は、水に富み生命居住可能な世界を形成するための基本的構成要素が、宇宙全体のさまざまな惑星系において一般的である可能性を示しており、多様な恒星系間における惑星形成の基本骨組みの類似性の仮説を補強するものとなっています。