地球の約5％は太陽系外縁部に由来するリュウグウ的物質、東工大などが確認

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東京工業大学(東工大)、北海道大学(北大)、東京大学(東大)の3者は12月13日、Cb型小惑星「リュウグウ」の銅および亜鉛の同位体組成を測定し、太陽系外縁部に由来するリュウグウ的な物質が地球にも存在し、それは地球質量の約5％に相当することを突き止めたと発表した。

同成果は、東工大 理学院 地球惑星科学系の横山哲也教授、北大大学院 理学研究院の圦本尚義教授、東大大学院 理学系研究科の橘省吾教授らが参加する100名弱の国際共同研究チームによるもの。詳細は、英科学誌「Nature」系の天文学術誌「Nature Astronomy」に掲載された。

Cb型小惑星「リュウグウ」における特に重要な発見は、その鉱物組成、化学組成、および同位体組成において、「イヴナ型炭素質隕石」とほぼ一致する点が見られた点だという。

太陽系の起源や進化を調べる研究において、隕石の化学組成や同位体組成は有益な情報となる。中でも、イヴナ型炭素質隕石はすべての隕石の中で最も始原的かつ太陽に最も近い化学組成を持つと考えられており、極めて重要な研究対象となっている。

しかし、地球上にある約7万個の隕石の中でイヴナ型炭素質隕石はわずか9個しか見つかっておらず、貴重な存在であることが研究の障壁となってきた。リュウグウとイヴナ型炭素質隕石が近い化学組成・同位体組成を持つことが明らかとなったため、リュウグウも太陽系の起源研究に寄与する重要な役割を持つことが期待されている。

しかし、リュウグウとイヴナ型炭素質隕石との類似性がすべての元素で確認されたわけではないという。特に、これまでに測定されたリュウグウの同位体組成は、凝縮温度が862℃を超える難揮発性元素(チタン・クロム・鉄など)および392℃以下の揮発性元素(酸素・炭素・窒素など)であり、中程度の揮発性を持つ元素群に関しては同位体組成が測定されてこなかった。そこで研究チームは今回、凝縮温度453℃である亜鉛および764℃である銅に着目。リュウグウ、イヴナ型炭素質隕石、およびそのほかの隕石の同位体組成を精密測定することにしたとする。

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具体的には、リュウグウ試料の水溶液化が行われ、パリ・シテ大学地球物理学研究所のマルチ検出機付きICP質量分析装置により銅および亜鉛の同位体組成の精密測定が行われた。

その結果、リュウグウとイヴナ型炭素質隕石の銅および亜鉛同位体組成は、分析誤差の範囲内で一致したとする。この結果は今までに行われたリュウグウ試料のチタン・クロム・鉄および酸素同位体分析の結果と整合しており、難揮発性元素から中程度の揮発性元素、揮発性元素に至るまで、リュウグウとイヴナ型炭素質隕石がほぼ同一の同位体組成を持っていることを示しているとしており、研究チームでは、リュウグウとイヴナ型炭素質隕石のもととなる天体は、誕生したタイミングや場所、形成過程などに関して多くの共通性があり、両者は親戚関係にあるといえると説明している。

また、イヴナ型炭素質隕石は全隕石の中で最も始原的かつ、太陽に最も近い化学組成を持つことから、リュウグウ試料の銅および亜鉛同位体組成は、太陽の銅・亜鉛同位体組成の最適な推定値であると考えられるともしている。

さらに、リュウグウの原子核合成に由来する亜鉛同位体異常の解析が行われたところ、地球の亜鉛同位体組成を説明するためには、太陽系の内側(地球に近い領域)に存在していた物質に加え、太陽系外縁部のリュウグウ的な物質も必要であることが判明したという。

計算の結果、地球に存在する亜鉛の約30％はリュウグウ的物質、残りの約70％は太陽系の内側物質であることが推察されたとする。リュウグウ的物質は太陽系内側の物質と比較し、亜鉛のような中程度の揮発性元素に富んでいることを勘案すると、地球の形成に寄与したリュウグウ的物質は、地球質量の約5％であることが予測されたとしている。

研究チームでは、リュウグウは、たとえるなら太陽系の化学組成を知るための「ロゼッタストーン」だとしており、今回の研究は、そのようなリュウグウが生まれた太陽系外縁部の物質が、地球形成にも関わっていたことを示すもので、その質量は地球質量の5％であるが、リュウグウ的物質は揮発性元素に富んでいるため、地球に存在する揮発性元素の相当量(亜鉛の場合、約30％)が太陽系の果てからやってきた、と推察されるとしているほか、地球の形成に寄与した5％のリュウグウ的物質がどのようにして地球形成領域にやってきたのか、また、リュウグウ的物質からやってきた亜鉛以外の揮発性元素はどのくらい地球に取り込まれたのか、今後の研究により明らかにされることが期待されるとしている。