ナノダイヤモンドからの特異なマイクロ波放射

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約20年前、宇宙マイクロ波背景放射の観測中に特異なマイクロ波放射が偶然検出された。最新の観測で、この特異なマイクロ波放射の起源として、原始惑星系円盤の中に存在する水素化ナノダイヤモンドの可能性が示唆された。

【2018年6月18日 グリーンバンク天文台

天の川銀河内のあちこちからは、特異なマイクロ波(anomalous microwave emission; AME)が検出されている。AMEは約20年前に、宇宙マイクロ波背景放射の観測中に偶然初めて発見されたものだ。ある種の粒子がAMEの原因であることはわかっていたものの、正確な起源はこれまで謎に包まれていた。

AMEの起源として最も有力な候補と考えられてきたのは、恒星間空間ではありふれた炭素系の有機分子である「多環芳香族炭化水素(PAHs)」だ。PAHsは、かすかではあるが明確な赤外線によって認識される。

また、極小の炭素の結晶であるナノダイヤモンド、とくにその中でも水素を含む分子が表面に付随した水素化ナノダイヤモンドと呼ばれる粒子も、PAHsとは異なる波長の赤外線を放射する。ナノダイヤモンドは宇宙では、星形成領域内に存在する炭素原子の高温の蒸気から作られると考えられている。

英・カーディフ大学のJane Greavesさんたちの研究チームは、米・国立電波天文台のグリーンバンク電波望遠鏡とオーストラリア望遠鏡コンパクト干渉計を使って天の川銀河内の若い星14個を観測し、AMEの手掛かりを探した。

その結果、3つの若い星を取り巻く原始惑星系円盤からAMEが検出された。「原始惑星系円盤からのAMEがはっきりと検出されたのは初めてのことです」(グリーンバンク天文台 David Frayerさん)。

さらにこの3つの円盤には、ナノダイヤモンドに特徴的な赤外線スペクトルがはっきりと見られた。一方、他の原始惑星系円盤では、PAHsの存在を示す赤外線放射は確認されたが、水素化ナノダイヤモンドに由来する赤外線スペクトルもAMEも見られなかった。

原始惑星系円盤内のナノダイヤモンドの想像図
原始惑星系円盤内のナノダイヤモンドの想像図(提供:S. Dagnello, NRAO/AUI/NSF)

今回の観測研究により、水素化ナノダイヤモンドとAMEとのはっきりとした関係が明らかにされ、水素化ナノダイヤモンドが天の川銀河内におけるAMEの起源である可能性が高いこと、PAHsはAMEの起源ではなさそうであることが示唆された。