アンモニア含有鉱物が示す小惑星の大移動

【2022年1月31日 東京工業大学】

小惑星は太陽系初期に惑星が形成されて以来の残存物であり、太陽系形成当時の情報が記録されている天体として研究対象となっている。小惑星のうちC型に属するものは、水や有機物を含む隕石（炭素質コンドライト隕石）に近い組成を持ち、地球の大気や海、生命の材料物質の起源と考えられている。C型小惑星がどこでどのように誕生したのかは注目を集める研究テーマだ。

多数の小惑星が存在する、火星と木星の間に広がる小惑星帯のイメージイラスト（提供：NASA/JPL-Caltech）

東京工業大学地球生命研究所の黒川宏之さんたちの研究チームは、日本の赤外線天文衛星「あかり」が過去に取得したデータから、C型小惑星19天体と、C型小惑星より始原的と考えられるD型小惑星2天体のデータを抜粋し、詳細に解析した。すると、約半数の小惑星の表面に、アンモニアを含む層状珪酸塩鉱物の存在が確認された。

次に、小惑星を構成する水と岩石の割合や温度・圧力といった条件を様々に変えて化学反応のシミュレーションを行い、こうした鉱物がどのような環境で形成されるのかを調べた。その結果、発見された鉱物が生じるのは、小惑星の誕生時にアンモニアの氷とドライアイスが含まれていた場合のみだった。また、成長して水が豊富な外層と岩石を主成分とする内核に分化した小惑星についてシミュレーションを実施したところ、外層部分においてのみアンモニアを含む層状珪酸塩鉱物が形成されることもわかった。

水と岩石の化学反応の理論計算で得られた鉱物組成。（a）初期組成が水と岩石のみの場合（b）水にアンモニアの氷とドライアイスを含む場合（提供：Kurokawa et al. 2022 AGU Advancesから改変、以下同）

アンモニアの氷とドライアイスは、現在の太陽系では土星軌道以遠に相当する-190℃以下の極寒でのみ安定な物質だ。シミュレーションの結果は、C型小惑星が誕生してから現在の小惑星帯（火星軌道と木星軌道の間で、太陽からの距離は土星軌道の半分以下）まで大移動をしてきたことを示唆している。また、隕石は天体衝突で破壊された小惑星の破片が地球に飛来したものだが、氷に富んだ外層の物質は地球に到達することなく四散してしまうため、アンモニアを含む層状珪酸塩鉱物は隕石から発見されないのだろうと研究チームは結論づけている

今回の研究成果から導かれたC型小惑星の形成進化史

2020年12月に小惑星探査機「はやぶさ2」が地球近傍のC型小惑星リュウグウの試料を地球に持ち帰った。また、小惑星探査機「オシリス・レックス」も、同じく水や有機物を豊富に含んでいると思われる小惑星ベンヌの試料を2023年に持ち帰る予定だ。これらの小惑星の試料からアンモニアを含む塩や鉱物が発見されれば、今回の研究の結論を裏付けられるものとなるだろう。