天文学者たちは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のおかげで、岩石惑星が形成されている可能性がある原始惑星系円盤の内部領域で初めて水蒸気を検出した。
370光年離れたK型恒星PDS 70は、巨大な高温の渦巻くガスの塊に囲まれています。この原始惑星系円盤は、幅80億キロメートル（50億マイル）の隙間によって二つに分かれており、これは物質が合体して新しい惑星が誕生していることを示す明確な兆候です。科学者たちは、この隙間で二つの巨大ガス惑星が形成されていると考えています。また、隙間の手前にある円盤内部で水蒸気を発見したと発表しており、岩石質の地球型惑星が誕生している可能性も示唆されています。
壮大なイメージ：PDS 70 恒星の想像図。岩石惑星が形成されている可能性のある内部原始惑星系円盤、2 つ以上のガス惑星が接近している可能性のある大きな隙間、そして外部原始惑星系円盤... クレジット: NASA、ESA、CSA、J. Olmsted (STScI)
「他の円盤でも水は観測されていますが、これほど近い場所で、しかも現在惑星形成が進んでいる系では観測されていません。ウェッブ観測以前には、このような測定は不可能でした」と、ドイツのマックス・プランク天文学研究所のポスドク研究員で、月曜日にネイチャー誌に掲載されたPDS 70とその惑星形成円盤に関する研究論文の筆頭著者であるジュリア・ペロッティ氏は述べた。
科学者が原始惑星系円盤の地球型領域で水蒸気の検出に成功したのは今回が初めてです。この発見は、PDS 70の周囲で岩石惑星が形成されつつある場合、それらの惑星が直接水にアクセスできる可能性があることを示唆しており、天文学者たちに地球の形成過程を垣間見せるものとなります。
地球は皆さんご存知の通り、海に覆われた岩石の球体です。しかし、どのようにして水が得られたのかは明らかではありません。先月、コペンハーゲン大学星・惑星形成センターの別のチームは、地球のような惑星は形成過程で水を得た可能性があると発見しました。地球が成長するにつれて、周囲の原始惑星円盤から氷の粒子が吸い込まれ、質量と大きさが蓄積されていきました。
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もしそれが正しければ、これらの粒子が地球上の水の源となるでしょう。私たちの小さな惑星の周りの宇宙空間には、最初から既に存在していたのです。PDS 70の周りで形成中の岩石惑星でも現在、同じことが起こっている可能性があります。これは、地球の水がはるか遠くから、例えば彗星によって運ばれてきたという説と矛盾しています。
「我々の発見は、PDS 70の内側の円盤に水が存在することを示しています。これは、そこで形成される可能性のある地球型惑星が水の貯蔵庫にアクセスできることを示唆しています」と、ペロッティ氏らの論文は結論づけています。この発見は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のMIRI（中間赤外線観測装置）が、PDS 70の内側の原始惑星系円盤内で、恒星から9900万マイル（1億6000万キロメートル）未満の距離で水蒸気を検知した後に行われました。
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次のステップは、水蒸気の発生源とその形態を解明することです。研究者たちは、水分子は円盤内で原子が直接結合して凝集している可能性、あるいはより冷たい外縁部の氷の粒子が円盤の隙間を通り抜けて高温の内部領域へと移動し、そこで昇華してガス化した可能性を考えています。
「比較的多くの小さな塵粒子を発見しました。水蒸気の検出と合わせると、内側の円盤は非常に興味深い場所です」と、今月発表された研究の共著者で、オランダのラドバウド大学の天体物理学教授、レンス・ウォーターズ氏は述べた。
研究者たちはまた、恒星の紫外線によって分子が分解されるはずの恒星に非常に近い距離で、水蒸気がどのようにして存在し続けることができるのかを解明したいと考えています。一つの可能性として、水蒸気は塵の雲に覆われていると考えられており、研究者たちはウェッブ宇宙望遠鏡のNIRCam（近赤外線カメラ）とNIRSpec（近赤外線分光器）を用いて、この系をより詳細に研究する予定です。®
