星間彗星3I/ATLASの氷は海王星の外側の天体に似ていたウェッブ望遠鏡が観測

星間彗星3I/ATLASから流れ出す氷は、私たちが知る彗星の氷とは異なるように見える。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のスペクトルは、強い水氷のシグナルを示す一方、通常これに伴う二つのシグナルはほとんど消えている。このパターンは、海王星のはるか外側を公転する氷の世界の一部と一致する。

この一致が重要なのは、3I/ATLASが別の恒星の周囲で生まれたからだ。その氷粒子が、太陽系の縁に保存された物質と同じ形態を共有しているなら、惑星の原材料は銀河全体で、惑星形成円盤から似た状態で生まれるのかもしれない。著者らはこれを確定した結論ではなく、検証すべき可能性として提示している。

テキサス州のサウスウエスト研究所に所属するシルヴィア・プロトパパ（Silvia Protopapa）率いるチームは、彗星の核を取り囲むガスと塵の雲であるコマが、塵と混ざり合った微小な水氷粒子によって最もよく説明できることを見いだした。粒子1個の大きさはおよそ1ミクロン以下で、人間の髪の毛の幅の50分の1にも満たない。

「星間彗星は、他の恒星の周囲にあるガスと塵の円盤で形成され、現在は太陽系を通過している小さな氷の天体です」とプロトパパは語った。この天体以前に知られていた同種の天体は2つだけだった。可視的なコマを示さなかったオウムアムアと、彗星2I/ボリソフである。

消えた2つの氷のシグナル

水氷は赤外線に指紋を残す。最も深いものは、3ミクロン付近の吸収帯である。より弱い2つの吸収帯が1.5ミクロンと2.0ミクロン付近にあり、氷を持つ彗星の大半はこの3つすべてを示す。3I/ATLASでは3ミクロン帯が強く、最初のウェッブ観測では最深部で反射光を77％減少させ、最後の観測では94％減少させた。これより短い波長の2つの帯は非常に弱いか、存在しない。

「その組み合わせは謎でした」とプロトパパは語った。「強い3ミクロン帯は、コマに水氷があることを示しています。しかし、より短波長側の帯が弱い、あるいはないことは、その氷が太陽系の彗星で通常見られる形態ではないことを示唆します。」

説明の鍵は光路長にある。弱い帯は、光が氷の中を長い距離進む場合にのみ現れる。色付きガラスの薄片がほとんど透明に見える一方、厚い塊では色が見えるのと同じだ。これほど小さく、塵を多く含む粒子では、光は散乱して外へ戻るまでにごくわずかな氷しか通過しない。弱い帯は薄れ、強い帯は残る。

ウェッブが彗星を3回読み取った方法

「私たちは、活動中の星間彗星が見つかった瞬間に備え、時間を追って観測できるよう、このプログラムを設計しました」と、NASAゴダード宇宙飛行センターおよびアメリカ・カトリック大学のマーティン・コルディナー（Martin Cordiner）主任研究者は語った。

ウェッブは、太陽への最接近の前後8カ月にわたり、近赤外線分光器（NIRSpec）を彗星へ3回向けた。プリズムモードでは0.6〜5.3ミクロンを一度に記録するため、塵、氷、そして放出されるガスが単一のスペクトルに収まる。

モデル化されたのは最初と3回目の観測だけだった。太陽に最も近い時点で取得された中間の観測は、輝く水蒸気、有機分子、ニッケル原子、温かい塵による混入を受けていた。

チームはスペクトルを、異なる大きさや組成の粒子から散乱する光のモデルと比較した。純粋な氷の粒子、ならびに炭素またはかんらん石と混ざった氷は、弱い帯を過大に予測するか、強い帯を再現できなかった。最も適合したのは、岩石や隕石によく見られるケイ酸塩鉱物である輝石と混ざった氷だった。彗星が太陽から遠ざかる最後の観測までには、データはさらに、依然としておよそ1ミクロンの大きさを持つ、より大きく氷に富む粒子の第2集団を必要とした。また、結晶質氷と整合する3.1ミクロン付近の弱い特徴も示された。

私たちの彗星とは異なり、海王星の先の世界には似ている

粒子の大きさは、3I/ATLASを際立たせる要因ではない。ハートレー第2彗星は同程度の大きさのほぼ純粋な氷粒子を放出しており、カタリナ彗星の氷粒子は、塵を最大でも1％しか含まないものとしてモデル化されている。星間彗星は、その並びの中でも塵が多い側に位置する。

「3I/ATLASの粒子は、私たち自身の彗星にある粒子とほぼ同じ大きさです」とプロトパパは語った。「それらを隔てているように見えるのは、氷にどれほど多くの塵が混ざっているかです。」

意外な一致は、太陽系誕生時の物質を保存していると考えられる、海王星以遠を公転する氷の天体、太陽系外縁天体からもたらされた。中規模の天体を対象としたウェッブのDiSCoサーベイが定義したスペクトル分類のうち、3I/ATLASの3ミクロン帯は二酸化炭素氷に富む分類に最もよく似ており、それらの天体も強い1.5ミクロン帯と2.0ミクロン帯を欠いている。この類似は水氷帯に関するものであり、二酸化炭素に関するものではない。

「一見すると、3I/ATLASは私たちが知る氷の彗星とは異なって見えます」とプロトパパは語った。「しかし、太陽系内の遠方にある氷の世界と並べてみると、もはや場違いには見えませんでした。」

比較は逆方向にも成り立つ。こうした遠方天体の分類では、より弱い水の帯が存在しないため、3ミクロンの落ち込みは主として有機化合物とメタノールによるものとされてきた。この彗星は、塵を含む水氷粒子だけでも同じ形状を生み出せることを示しており、そのシグナルの一部は結局のところ水氷かもしれない。

1つの彗星では決着しないこと

この結果は実験室データに基づいている。モデルには水氷の測定済み光学特性が必要だが、標準的な2つのデータセットは明らかに異なる帯の形状を示す。著者らは、両方の観測時に氷が結晶質だったのか、それとも無秩序なアモルファス形態から結晶へ変化したのかを判断できず、温度と相にわたる氷の新たな実験室測定を求めている。

観測間の変化にも2つの説明がある。「時間とともに見られた変化が、各観測時に太陽が粒子を異なる形で加熱した結果なのか、それとも彗星の表面が太陽近くで侵食されて新しい物質が露出した結果なのかは、まだ分かりません」と、論文の第2著者でメリーランド大学のマイケル・ケリー（Michael Kelley）は語った。

コマ内の粒子も核の直接的な試料ではなく、より大きな塊の破片である可能性がある。太陽系外縁天体の表面は、放射線や衝突によって数十億年にわたり再加工されてきたため、著者らはこの一致を同一の誕生場所の証拠と読むべきではないと警告する。その化学組成に見られる別の違いは、3I/ATLASを生み出した円盤が私たちのもののコピーではなかったことを示唆する。先行する分析では、この彗星をむしろ赤みを帯び、有機物に富む遠方天体の分類と比較しており、研究分野の見解はまだ収束していない。

さらに標本数の問題もある。これは3回観測された、たった1つの星間彗星である。

3I/ATLASとその氷に関するよくある質問

3I/ATLASとは何か？

星間空間から太陽系へ入ったことが確認された3番目の天体であり、コマと尾を持つ正真正銘の彗星である。その開いた双曲線軌道は、二度と戻らないことを意味する。太陽への最接近時には地球と火星の軌道の間を通過したが、地球には決して近づかなかった。

3I/ATLASには水が含まれているのか？

含まれている。ウェッブはそのコマから水蒸気と水氷を検出している。また、二酸化炭素が異例なほど豊富でもある。ウェッブによる最初の観測では、コマには水のおよそ8倍の二酸化炭素が含まれており、これは彗星で測定された比率の中でも最も高い部類の一つである。

太陽系外縁天体とは何か？

海王星より外側、地球と太陽の距離のおよそ30倍を超える場所で太陽を公転する氷の天体であり、冥王星を含む集団である。数十億年にわたり低温に保たれてきたため、惑星がどのように形成されたかを示す手掛かりを保存している。

3I/ATLASはどれほど古いのか？

誰にも分からない。その速度と方向から、ある研究は、これが古い恒星から成る天の川銀河の厚い円盤から来たとすれば、その年齢は76億〜140億年と推定した。これは46億年前の太陽系よりも古いことになる。この推定は測定値ではなく、統計的なものである。

次に何が起きるのか

この彗星は2025年7月1日、チリのリオ・ウルタドにあるATLASサーベイ望遠鏡によって発見された。ウェッブは2025年8月6日、2025年12月22日、2026年4月1日にこれを観測し、その時の太陽からの距離は地球・太陽間距離の3.3倍、2.4倍、5.7倍だった。太陽への最接近は2025年10月29日で、その距離は同じ距離の1.36倍だった。論文は2026年10月26日付のThe Astrophysical Journal Lettersに掲載され、米国と欧州の研究者15人が著者として名を連ねた。

太陽系の彗星に対するウェッブのさらなる観測と、新たな星間からの訪問者は、3I/ATLASが典型的な存在なのかを検証することになる。2026年6月に10年間の空のサーベイを開始したヴェラ・C・ルービン天文台は、こうした天体をさらに多く見つけると期待されている。明日は3I/ATLASが太陽を回り込んでから1年となる日であり、この彗星はすでに太陽系の外へ戻る途上にある。それが運ぶ氷は、当初考えられたほど異質には見えなくなった。

参考文献：Protopapa et al., “JWST Reveals Refractory-rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea60d

タグ: 天文学, James Webb Space Telescope, 3I/ATLAS, 太陽系外縁天体, 彗星, 恒星間天体