リュウグウや隕石に「見えない物質」、始原的な組成が保たれた謎の手がかり

【2026年10月1日 金沢大学】

小惑星リュウグウや始原的な炭素質隕石（炭素質コンドライト）は、太陽系が形成されたころの元素組成をよく保存していることから、約46億年前の太陽系の姿を知るための「タイムカプセル」として研究されている。

リュウグウや一部の炭素質コンドライトは、母天体の形成後に水による非常に強い変質を受け、もとの鉱物の多くが別の鉱物へと変化している（水質変成作用）。岩石が水と反応すると、元素が水に溶け出したり移動したりして、もとの元素組成も変わる可能性がある。にもかかわらず、太陽系初期の元素組成を保っているという一見矛盾した特徴は、宇宙化学における長年の謎の一つとなっている。

金沢大学の奥村玲音さん、福士圭介さんを中心とする研究チームは、物質の原子配列や化学状態などを詳しく調べることができる「放射光X線分析」によって、リュウグウと、水による強い変質を受けた炭素質コンドライトの「イブナ隕石」「オルゲイユ隕石」「タルダ隕石」に含まれるマグネシウム原子の周囲の構造を分析し、様々なマグネシウム含水ケイ酸塩の標準物質と比較した。

（左）リュウグウ試料、（右）オルゲイユ隕石（提供：（左）JAXA、（右）東北大学 天野香菜）

その結果、これまで重要と考えられてきた蛇紋石やサポナイトだけでは、実際に観測されたX線吸収スペクトルを十分に説明できないことが明らかになった。一方で、低結晶性マグネシウムケイ酸塩水和物（Magnesium Silicate Hydrate; M-S-H）の標準スペクトルも用いて解析すると、全ての試料の観測結果をよりよく説明できることがわかった。

M-S-Hについては、これまでもリュウグウの水質変成が起こった際に一時的にできる物質として存在した可能性が指摘されていたが、実際のリュウグウや炭素質コンドライトの中に現在もM-S-Hに似た成分が残っているかどうかは十分に確かめられていなかった。今回の研究から、これまで十分に認識されていなかったM-S-Hに似た成分が、実際の地球外試料に広く残されている可能性が示された。

リュウグウおよび炭素質コンドライトのX線吸収スペクトルを標準データと比較した解析結果（提供：Okumura, R., et al. (2026)を基に一部改変、©The Authors, CC BY 4.0）

M-S-Hの大きな特徴の一つは、主成分であるマグネシウムとケイ素を様々な割合で含むことができるという点だ。一般に、物質の組成が異なれば、その物質が安定して存在できる水環境も異なる。そこで研究チームは、室内実験とこれまでに報告されたデータを使って、M-S-Hの化学組成と水への溶けやすさとの関係を調べた。

その結果、マグネシウムとケイ素の割合が異なるM-S-Hでも、溶けやすさには一貫した規則性があることが判明した。組成の異なる複数のM-S-Hが、同じような水質条件のもとで形成され、共存できる可能性を示すものである。

試料に認められる蛇紋石やサポナイトについても、それぞれに近い組成を持つM-S-Hが先に形成され、その後これらの鉱物へと変化したと考えることができる。このことは、太陽系初期の小天体の内部で、もとの岩石に場所ごとの元素組成の違いがあっても、その違いが大きく失われることなく、様々な物質へと変化しながら水質変成が進んだ可能性を支持する。

（左）従来考えられてきたリュウグウおよび水による強い変質を受けた炭素質コンドライトの鉱物学的描像、（右）本研究で得られた分光学的・物理化学的結果に基づくモデル（提供：Fukushi K. et al., Kanazawa University (2026)）

今回の研究成果は、こうしたM-S-Hの性質が、水質変成の過程で太陽系初期の元素組成の保持に重要な役割を果たした可能性を示し、「強く水と反応しているのにもかかわらず、太陽系初期の元素組成が保たれているのはなぜか」という宇宙化学の長年の謎を理解するための新たな手がかりとなる。

研究チームは今後、水質変成が起こった水環境を実験室で再現し、M-S-Hがどの元素をどの程度取り込み保持するのかを定量的に明らかにすることで、M-S-Hが太陽系初期の元素組成の保持に果たした役割の検証を進める意向だ。