岩石惑星の材料となる鉱物が原始星近傍で蒸発している証拠

【2026年11月10日 理化学研究所】

地球のような岩石惑星の鉱物には、チタンやアルミニウム、ケイ素などの元素が含まれる。こうした揮発しにくい元素は、星の進化や超新星爆発によって宇宙空間に放出された後、温度が下がる過程で固体に取り込まれて微粒子（星間塵）となる。星間塵はガスとともに星間雲を形作り、星間雲が収縮して次世代の星や惑星が誕生する。

一方、誕生したばかりの星の近傍は非常に高温で、星間塵の鉱物はいったん蒸発し、温度が下がると再び固体として凝縮（再凝縮）すると考えられている。この過程を理解することは、岩石惑星の材料の形成や、約45億6700万年前に太陽系形成初期の高温環境でできたとされる太陽系最古の固体物質「CAI」（カルシウム・アルミニウムに富む包有物）の起源の解明につながる。

（左）小惑星「リュウグウ」の試料、（右）試料に含まれるCAIの電子顕微鏡画像（擬似カラー）。カルシウム（緑）やアルミニウム（青）の存在がわかる（提供：Kawasaki et al. 2025）

理化学研究所のZiwei Zhangさん、坂井南美さんを中心とする研究チームは、地球から約1350光年離れたオリオン座の大質量原始星「Orion Source I（オリオンKL電波源I）」に注目した。この原始星は太陽の約10倍の質量を持ち、周囲に半径数十天文単位の円盤が広がっていて、円盤からは回転しながらガスが噴き出している（円盤風）。

オリオンKL電波源Iを取り囲む円盤から円盤風が噴き出す様子の想像図（提供：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)）

研究チームは、特に揮発しにくくCAIの主要な構成元素でもあるチタンに着目し、アルマ望遠鏡の観測データで気体の一酸化チタン（TiO）が放つ電波を探索した。TiOやアルミニウムを含む一酸化アルミニウム（AlO）は、温度が下がると星間塵ができる「種」となる分子でもある。

その結果、TiOに由来する電波が検出され、TiOが原始星から約50～100天文単位（約75億～150億km）以内に集中していることがわかった。TiOはこれまで年老いた星の周囲では見つかっていたが、若い大質量原始星の周囲で検出されたのは初めてだ。このTiOは、原始星近傍の高温で蒸発した鉱物に由来するものと考えられる。

また、TiOを含むガスの速度が位置によって秒速数十kmの範囲で規則的に変化していること、その動きが円盤そのものではなく円盤風の特徴と一致することも明らかになった。TiOは円盤風の根元付近に多く存在し、その分布と動きは研究チームのメンバーが2019年に検出したAlOともよく似ていた。

オリオンKL電波源Iの円盤近傍で検出された一酸化チタン（TiO）と一酸化アルミニウム（AlO）の分布と動き。（上）TiO、（下）AlO。それぞれ左が電波強度（白いほど強い）、右が視線速度（青が小さく赤が大きい）。等高線は塵の分布を表す（提供：理化学研究所、以下同）

さらに、TiOの存在量を一酸化ケイ素（SiO）と比べたところ、TiO/SiO比は太陽系の始原的な元素組成におけるチタンとケイ素の比の約5倍（上限値）と見積もられた。非常に揮発しにくいチタンが、原始星近傍で効率よく気体になっていることを示唆する結果だ。

原始星円盤とTiO、SiOの分布を表す想像図。原始星円盤（青）からはSiO（オレンジ）を含むガスが回転しながら噴き出していることが知られている。今回、真横を向いた円盤の根元付近からTiO（赤）が気化して噴き出している様子をとらえることに成功した

これらの結果は、円盤風の根元付近で星間塵の鉱物が加熱されて蒸発し、チタンやアルミニウムが気体として存在していることを示す重要な観測的証拠だ。チタンとアルミニウムという、CAIを特徴づける2元素がそろって観測されたことで、これまで隕石や小惑星の試料から調べられてきたCAI形成につながる鉱物の蒸発と再凝縮を、実際の星形成の現場でも探れるようになった。今後、カルシウムなどほかの難揮発性元素を含む分子も探索し、それぞれがどの温度・場所で存在するかを明らかにすることで、鉱物の蒸発から再凝縮までの過程を追跡できると期待される。

大質量原始星を取り巻く円盤と円盤風、鉱物由来の分子の分布の模式図