ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、天の川銀河の外で初めてメチルラジカル（CH₃）の検出を公式に確認した。これは銀河外化学における重要な節目となる。2026年2月6日付のNature Astronomy誌に掲載された研究で、研究者らは近傍の超赤外線発光銀河であるIRAS 07251–0248の厚い塵に覆われた核の中に、この重要な分子とともに「かつてないほど豊富な」有機化合物を確認した。スペイン宇宙生物学センター（CAB）、CSIC-INTAが主導し、オックスフォード大学のモデリングに支えられたこの発見は、極限の銀河環境が高効率な化学工場として機能していることを示唆している。
IRAS 07251–0248のような超赤外線発光銀河は、近傍宇宙で最もエネルギーが高く、塵の多い環境の一つである。その中心部はしばしば高密度のガスや塵の雲に覆われており、可視光を遮断するため、中心の超巨大ブラックホール付近で起こっている化学プロセスは事実上隠されている。今回の研究は、こうした障壁を貫通するために特別に設計されたもので、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の高度な赤外線能力を駆使し、スピッツァー宇宙望遠鏡などの従来の観測拠点ではこれほどの精度で解明できなかった「埋もれた」化学反応を観測した。
この研究によって天の川銀河外でのメチルラジカルの検出は確認されたのか？
はい、この研究は、天の川銀河の外、具体的には超赤外線発光銀河IRAS 07251–0248の核内で、メチルラジカル（CH₃）が初めて検出されたことを確認した。 ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の高解像度分光法を活用し、研究者らはこの反応性の高い分子とともに、ベンゼン、アセチレン、トリアセチレンを含む一連の複雑な炭化水素を特定し、これらの化学的前駆体が極限の銀河外環境に豊富に存在することを証明した。
メチルラジカルの特定が特に重要なのは、それがより大きく複雑な有機分子の形成における主要な中間体として機能するためである。元オックスフォード大学で現在はCABに所属する筆頭著者のイスマエル・ガルシア・ベルネテ博士によれば、発見された存在量は現在の理論モデルの予測をはるかに上回っていた。この乖離は、これらの銀河核に持続的な炭素源が存在することを示唆しており、おそらく大きな炭素質物質の断片化によって引き起こされていると考えられる。CH₃がこのような揮発性の高い環境に存在することは、強い放射線や重力の下で炭素化学がどのように進化するかを理解するための新たな基準となる。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、どのようにして隠された銀河核の有機分子を明らかにするのか？
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、中赤外線観測装置（MIRI）とNIRSpecを使用して、3〜28ミクロンの波長範囲の光を捉えることで有機分子を明らかにする。 これらの赤外線波長は、可視光を散乱させる高密度の塵の雲を透過できるため、銀河の核の深部に隠された気相分子、氷、および固体炭素粒子の固有の「指紋」であるスペクトル署名を検出することができる。
この国際チームが採用した手法は、NIRSpec（近赤外線分光器）とMIRIからのデータを組み合わせて化学種の温度と存在量を特徴づけるというものだった。3〜28ミクロンの範囲内の吸収線と放出線を分析することで、研究者らは水の氷と炭素質の塵粒子など、物質の異なる状態を区別することができた。オックスフォード大学が一部開発したこの洗練されたモデリングにより、チームは宇宙線の影響を分離することが可能になった。彼らは、これらの高エネルギー粒子が多環芳香族炭化水素（PAH）を粉砕し、より小さな有機分子を気相に放出し、それによって検出可能にしている可能性が高いことを突き止めた。
この研究は、宇宙線電離の強度と炭化水素の豊富さの間に明確な相関があることを強調している。これらの高密度で埋もれた核では、宇宙線の濃度が標準的な星間空間よりも大幅に高い。この激しい放射線環境は、本質的に触媒として機能し、大きな塵の粒子を分解して、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって観測された小さな有機分子の「工場」を作り出している。このプロセスが、IRAS 07251–0248の化学的豊かさが、より平穏な銀河のそれを上回る理由を説明している。
これらの有機分子は生命の起源に関連している可能性があるのか？
ベンゼンやメタンのような小さな有機分子は生物学的ではないが、最終的なアミノ酸やヌクレオチドの形成に必要な、生命誕生前の化学における重要な前駆体である。 遠方の銀河でそれらが発見されたことは、生命の基本的な構成要素が、地球のような環境とはかけ離れた最も極限的で「過酷な」環境においてさえ、宇宙全体に遍在していることを示唆している。
オックスフォード大学物理学部のディミトラ・リゴポウロウ教授は、これらの分子は生細胞そのものの中には見られないが、化学的な連鎖における不可欠な段階であると強調している。数百万光年離れた銀河でベンゼン（C₆H₆）、メタン（CH₄）、およびジアセチレン（C₄H₂）が検出されたことは、複雑な生命に必要な「化学ツールキット」が天の川銀河に特有のものではないことを示している。むしろ、これらの分子は輝く銀河の中心で処理され、分配されており、将来の世代の恒星や惑星系に有機物を供給している可能性がある。
深宇宙における分子の豊かさの意義
- ベンゼン（C₆H₆）： より複雑な芳香族化合物の主要な構成要素として機能する、炭素原子の安定した環。
- アセチレン（C₂H₂）およびポリアセチレン： これらの分子は非常に反応性が高く、宇宙でのより大きな炭素鎖の成長に不可欠である。
- メチルラジカル（CH₃）： 単純な炭素原子から複雑な炭化水素への移行を促進する、重要な中間分子。
- 炭素質の粒子と氷： これらの固体物質は、最も過酷な放射線から保護され、化学反応が起こる表面として機能する。
この研究の意義は、単一の銀河の分類をはるかに超えるものである。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が埋もれた核の有機物在庫をマッピングできる能力を示したことで、本研究は宇宙生物学と宇宙化学の新たな時代を切り拓いた。科学者たちは、IRAS 07251–0248で見られたような化学の「工場」が、現在よりも明るく塵の多い銀河がはるかに一般的であった初期宇宙の標準的な特徴であったかどうかの調査を開始できるようになった。
今後、研究チームは観測対象をより広範な赤外線発光銀河のサンプルに拡大する計画である。これにより、有機分子の高い豊富さが隠された核の普遍的な特徴なのか、あるいはIRAS 07251–0248に固有の特徴なのかを判断するのに役立つだろう。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡がその任務を続ける中で、新たな分光観測のたびに、炭素のライフサイクルと、宇宙全体における生命の構成要素の真の普及率の理解へと近づいている。
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