南極の数万年前の氷に「星の爆発のかけら」 太陽系が通る雲から届いた可能性

編集・パクト

ドイツのHZDR(ヘルムホルツ・ドレスデン・ロッセンドルフ研究所)を中心とする国際チームが、4万〜8万年前に降り積もった南極の氷から、超新星爆発で宇宙に放出される放射性の鉄「鉄60」のごく微量の痕跡を検出した。

研究は物理学の専門誌Physical Review Letters(2026年5月)に掲載された。

氷295キログラムから見つかった鉄60はごくわずかで、その量は、ここ4万年の南極の雪や海底の堆積物で見つかっている量より少なかった。

太陽系は局所恒星間雲の中を進んでいる

鉄60という星の爆発の目印

今回のカギを握るのが鉄60だ。鉄の放射性同位体の一種で、太陽よりずっと重い星の内部でつくられ、その星が爆発するときに宇宙空間へ放出される。

地質の記録からは、数百万年前に超新星由来の鉄60が太陽系に2回降り注いだことが分かっている。近ごろは近くで超新星爆発が起きておらず、鉄60が直接届く機会はない。

ところが数年前、採取から20年たっていない南極の表層の雪から鉄60が見つかり、その出どころが問題になった。

鉄60をためているかもしれない「局所恒星間雲」

太陽系がいま通っている雲

手がかりとして注目されたのが局所恒星間雲(LIC)だ。星と星のあいだの空間は完全な真空ではなく、ごく薄いガスとちりが漂っている。

LICは太陽系の近くにある温かい小さな雲の一つで、太陽系は今その中を進んでいる。

HZDRのドミニク・コル博士らは、局所恒星間雲そのものに鉄60が含まれていて、雲が長いあいだそれをためておけるのではないかと考えた。

太陽系がこの雲に入ったのは数万年前とみられ、あと数千年で反対側へ抜け出る見込みだ。今いるのは雲のいちばん外側のあたり。

コル博士は「私たちの考えは、局所恒星間雲に鉄60が含まれていて、それを長い期間ためておけるというものでした。太陽系が雲の中を進むと、地球がこの物質を集めることになります。ただ、当時はそれを証明できませんでした」と話す。

南極の氷からわずか数個の原子を探し出す

300キロの氷が数百ミリグラムのちりになるまで

仮説を確かめるため、チームはこれまでより古い氷を調べることにした。今回使われたのは約4万年前から約8万1000年前にかけて降り積もった南極の氷。

これは、太陽系が局所恒星間雲に入ったと考えられる時期の前後にあたる。

サンプルは、ヨーロッパのEPICAという氷床掘削プロジェクトを通じて、ドイツのアルフレート・ウェゲナー研究所から提供された。

使った氷は、南極ドロンニング・モード・ランドで掘られた氷床コアの295キログラム分。ブレーマーハーフェンの研究所からドレスデンの実験室まで運ばれた。

ドレスデンで化学処理を重ねると、最後に残ったちりはわずか数百ミリグラムだった。チームはそこから鉄60を段階的に分離した。

途中で失わないよう、どの段階でも注意を払ったという。

世界唯一の装置が数個の原子を捉えた

10兆個の中から数個を選び出す装置

分離したサンプルの最終的な検出には、オーストラリア国立大学の重イオン加速器施設(HIAF)が使われた。これほど微量の鉄60を見つけ出せる施設は、今のところ世界中でここだけだ。

装置の中では、電気と磁石の力を使って原子を重さごとにふるい分けていく。

出発点のサンプルには原子が10兆個も含まれていたが、そこから何段階もの選別をくぐり抜けて最後に残る鉄60は、ほんの数個だけだった。

ボン大学のアナベル・ロロフス氏は、この測定を次のように説明する。

「屋根までいっぱいに干し草を詰めた5万個のサッカースタジアムの中から針を探すようなものです。装置はその針を1時間で見つけます」。

チームを率いるアントン・ワルナー教授は「何年にもわたる国際的な共同研究を通じて、私たちは非常に高感度な手法を開発しました。数百万年前に起きた宇宙の爆発の明確な痕跡を、今では地質記録の中から検出できます」と述べている。

「何も失っていない」とどう確かめたか

ここで一つ、やっかいな問題がある。氷を処理する途中で鉄60をうっかり失ってしまったら、「もともと少なかった」のか「処理の途中で減った」のかが区別できなくなる。

これでは結果を信じられない。

そこでチームは、化学処理のあとにHZDRのDREAMS(ドレスデン加速器質量分析施設)で、ベリリウム10とアルミニウム26という別の2種類の放射性同位体を調べた。

この2つが氷にどれくらい含まれているかは、よく分かっている。鉄60が失われていれば、この2つの量も減っていたはずだが、チームはそうした損失はなかったと確認した。

4万〜8万年前は、地球に届く鉄60が少なかった

「古い超新星の名残だけ」では説明できなかった

測定の結果、4万〜8万年前に地球へ届いた鉄60の量は、ここ4万年の南極の雪や海底の堆積物で見つかっている量より、はっきり少なかった。

鉄60とマンガン53の比は(8±5)×10のマイナス4乗で、宇宙線が地球でつくる分の見込みをわずかに上回る程度だった。

星間空間から降り積もった量にすると、1平方センチメートルあたり年に約0.22個(誤差は+0.14、-0.12)の鉄60原子にあたる。

ところが鉄60の信号は、数万年というごく短い間に変わっていた。

宇宙の時間スケールでは非常に速い変化で、研究チームはこれをもとに、数百万年前の超新星爆発の名残が徐々に薄れているだけだという説明を除外した。

チームはこれまでにも、約3万年前までの深海堆積物から鉄60を見つけていたが、競合する説が残っていた。

今回、約4万〜8万年前の氷のデータが加わり、局所恒星間雲が鉄60の有力な供給源として浮かび上がった。

この少なさについて、コル博士は「これは、私たちが以前は鉄60の含有量が少ない媒質の中にいたか、雲そのものに大きな密度の変動があることを示唆しています」と説明する。

さらにコル博士は「つまり、太陽系を取り囲む雲は星の爆発と結びついているということです。そして初めて、これらの雲の起源を調べる機会が得られました」と話す。

これから分析する、もっと古い氷

論文の要旨は、これらの結果から、局所恒星間雲は超新星でできた鉄60の「宇宙の保管庫」になっていることが示唆される、と述べる。

雲の起源は分かっておらず、超新星の衝撃波の動きと関係している可能性がある、という書き方にとどまる。

研究チームが次にねらうのは、太陽系が局所恒星間雲に入る前の時代の、さらに古い氷だ。

「Beyond EPICA – Oldest Ice」プロジェクトは、そうした古い氷コアの採取を目指している。

アルフレート・ウェゲナー研究所はその主要なパートナーだ。