２０２１年１２⽉２⽇

新潟⼤学

国 ⽴ 天 ⽂ 台
台湾中央研究院 天⽂及天⽂物理研究所

銀河系の果てに多様な有機分⼦を発⾒!
− アルマ望遠鏡が捉えた銀河系最外縁部の⾚ちゃん星 −銀河系の果てで、⽣まれたばかりの星とそれを包む有機分⼦の雲が初めて発⾒されました。
新潟⼤学研究推進機構超域学術院の下⻄隆研究准教授、国⽴天⽂台の古家健次特任助教、安井千⾹⼦助教、台湾中央研究院天⽂及天⽂物理研究所の泉奈都⼦博⼠後研究員の研究チームは、アルマ望遠鏡 注 １ を⽤いて、私たちの住む銀河系の最外縁部 注 2 を観測し、これまで知られていなかった新たな原始星（⾚ちゃん星）を発⾒しました。さらに、この星には⽔や複雑な有機分⼦
注3を含む化学的に豊かな分⼦ガスが付随していることを明らかにしました。銀河系の最外縁部は、銀河系が作られ始めた頃の原始的な環境を今に残していると考えられています。今回の発⾒は、宇宙史を通した星・惑星材料物質の化学的多様性の理解に⼤きく貢献すると期待されます。この研究成果は、2021 年 12 ⽉ 1 ⽇（⽶国東部時間）に天⽂学論⽂誌「アストロフィジカル・ジャーナル」に掲載されました。

【本研究成果のポイント】
世界で初めて、私たちの住む銀河系の最外縁部に⽣まれたばかりの星とそれを包む有機分⼦の雲を発⾒

銀河系が作られ始めた頃の原始的な環境が残る最外縁部領域は、初期の銀河系における星の形成や物質進化の様⼦を探るうえで重要

今回の成果は、複雑な有機分⼦が作られる環境は、宇宙史の⽐較的初期の段階から存在していた可能性を⽰唆

研究者からのひとこと「私たちの住む銀河系には、星･惑星形成や星間物質の研究が及んでいない未知の領域がまだまだたくさんあります。太陽系近傍とは⼤きく環境の異なる銀河系最外縁部のような原始的な領域で、今まさに星が⽣まれ、そしてそこでは化学的に豊かな物質進化が起きていることは驚きでした。複雑な有機分⼦が作られる環境は、宇宙史の⽐較的初期の段階から存在していた可能性があります。」（新潟⼤学研究推進機構超域学術院・下⻄隆研究准教授）

「銀河系最外縁部のような重元素が少ない環境下でも、複雑な有機分⼦が効率的に作られることが今回の観測で明らかになりました。宇宙において有機分⼦がどのように作られるかについては未解明な部分も多いですが、異なる星形成環境における有機分⼦の観測と理論研究からの予測を⽐較することで、その謎に迫ることができると考えています。」（国⽴天⽂台 科学研究部・古家健次特任助教）
Ⅰ．研究の背景星や惑星は分⼦雲と呼ばれるガスや塵（ちり）のかたまりの中で誕⽣することが知られています。通常、分⼦雲の⼤部分は極めて低温（マイナス 260 度以下）であるため、炭素・窒素・酸素などを含む分⼦の多くは氷 注 4 の状態で存在しています。しかし、星が誕⽣し、周囲の物質が温められはじめると、これらの氷は溶け、ガスの状態で放出されます。また、この過程において、塵の表⾯やガス中での化学反応により複雑な有機分⼦が⽣成されると考えられています。
星形成天体の雪解けともいえるこのような現象は、惑星系の材料物質の化学進化にも⼤きな影響を与えます。
原始星周囲の多様な有機分⼦を含むガス雲はホットコア 注 5 と呼ばれ、⼀酸化炭素や⽔のような単純な分⼦から、⽣命関連物質の材料となり得る複雑な有機分⼦まで、化学的に豊かで多様な分⼦が天⽂観測により検出されることが知られています。よって、これらの化学組成を調べることは、宇宙における星・惑星・⽣命の材料物質の多様性を理解する上で重要です。
Ⅱ．研究の概要・成果
銀河系最外縁部とは、私たちの住む銀河系の果ての領域のことです。この領域は、炭素や酸素、窒素といった重元素が太陽系近傍よりも少ないことが知られています。また、銀河系の星形成の主要な場となっている銀河の腕（渦状腕）も最外縁部には⾒つかっていません。これらの特徴は、銀河系の形成初期に存在していた原始的な環境と共通しています。このため、太陽系が誕⽣した 46 億年前、またはそれ以前の宇宙において、現在の太陽系に⾒られるような有機物に富んだ姿は普遍的だったのか、それとも特殊だったのか、また有機物に富んだ惑星系へと進化するための条件は何だったのか、といった問いに答える上で銀河系の最外縁部は重要な研究対象です。
近年の研究により、銀河系最外縁部には分⼦雲や原始星候補天体がいくつか⾒つかっていましたが、太陽系近傍の星形成領域に⽐べて研究が進んでおらず、星・惑星材料物質の化学組成の研究に⾄ってはほとんど未開拓の領域でした。
今回、本研究チームは南⽶チリのアタカマ砂漠にあるアルマ望遠鏡を⽤いて、銀河系最外縁部にある星形成領域 WB89-789 を観測しました。この天体は、銀河系の中⼼から約 6 万 2 千光年と遠く離れています。ガスや塵の⼤部分が分布している銀河系の円盤部の半径が 5 万から6 万 5 千光年程度ですので、まさに銀河の最外縁に位置しています。
観測の結果、本研究チームはこの領域に⽣まれたばかりの星を発⾒しました。さらに、検出された分⼦輝線 注 6 を解析し、この天体には⽔や複雑な有機分⼦などを含む⾮常に化学的に豊かな分⼦ガスが付随していることを明らかにしました。銀河系最外縁部において、原始星やそれを取り囲む有機分⼦の雲が検出されたのは今回が初めてです。検出された 30 種類以上の分⼦の中には、エタノール（C2 H 5OH）、ギ酸メチル（HCOOCH 3 ）、ジメチルエーテル（CH3 OCH 3 ）、アセトアルデヒド（CH 3CHO）などの星間空間では⽐較的⼤きな有機分⼦や、アセトニトリル（CH 3CN）や プロパンニトリル（C2 H 5CN）などの窒素を含む有機分⼦など、多種多様なものが含まれていました。
本研究チームは、今回発⾒された天体の化学組成を、銀河系の内側にある同様の天体のものと⽐較しました。その結果、複雑な有機分⼦の存在割合が、⾮常に類似していることが明らかになりました（ここではメタノール分⼦に対する割合を⽐較しています）。これは、銀河系最外縁部のように重元素量が少ない原始的な環境においても、複雑な有機分⼦が銀河系の内側と同じような効率で⽣成されることを⽰唆しています。
III．今後の展開
私たちの住む太陽系に⾒られるような有機物に富んだ姿は、宇宙史を通じてありふれていたのでしょうか？
今回発⾒された天体については、様々な有機分⼦が検出されましたが、このような化学的に豊かな姿が銀河系の最外縁部にある他の原始星にも存在するかどうかは未だ不明です。また、どのような条件が揃えば、⽣命関連物質の材料ともなり得る複雑な有機分⼦に富んだガスをまとう原始星へと進化していくのかもまだよく分かっていません。今後、アルマ望遠鏡などを⽤いて、同様の天体の探査観測が進めば、銀河系の原始的な環境下における星形成・物質進化の詳細な様⼦が、より多くの天体について明らかになることが期待されます。
Ⅴ．研究成果の公表
本研究成果は、2021 年 12 ⽉ 1 ⽇（⽶国東部時間）、⽶国の天⽂学論⽂誌「アストロフィジカル・ジャーナル」に掲載されました。
論⽂タイトル：The detection of a hot molecular core in the extreme outer Galaxy
著者：Takashi Shimonishi, Natsuko Izumi, Kenji Furuya, and Chikako Yasui
doi: 10.3847/1538-4357/ac289b
Ⅵ．謝辞
この研究は、⽇本学術振興会科学研究費補助⾦（No. 19H05067, 21H00037, 21H01145）の⽀援を受けています。

図 1. 銀河系の最外縁部に発⾒された原始星とそれを取り巻く有機分⼦の雲の想像図
クレジット：新潟⼤学

図 2. アルマ望遠鏡により発⾒された銀河系最外縁部の⾚ちゃん星の電波スペクトル（上側）と分⼦輝線分布（下側）の⼀例. 星を包む塵（ダスト）、ホルムアルデヒド（H 2CO）、エチニルラジカ
ル（CCH）、⼀硫化炭素（CS）、⼀酸化硫⻩（SO）、⼀酸化ケイ素（SiO）、アセトニトリル（CH 3CN）、ホルムアミド（NH 2CHO）、プロパンニトリル（C 2H 5 CN）、ギ酸メチル（HCOOCH 3）、エタノール（C2 H 5 OH）、アセトアルデヒド（CH3 CHO）、重⽔素化した⽔（HDO）、メタノール（CH 3OH）などの画像が⽰されています。右下には観測した領域の⾚外線 2⾊合成画像（⾚が 2.16 m, ⻘が 1.25 m, 2MASS データベースより）を⽰しており、今回の原始星は緑⾊の四⾓で囲まれた領域に位置します。
クレジット：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), 下⻄隆/新潟⼤学

【⽤語解説】
注 1. アルマ望遠鏡
ア ル マ 望 遠 鏡 （ 正 式 に は 、 ア タ カ マ ⼤ 型 ミ リ 波 サ ブ ミ リ 波 ⼲ 渉 計 、 Atacama Large
Millimeter/submillimeter Array、ALMA）は、南⽶チリ共和国北部にあるアタカマ砂漠の標
⾼ 5000 メートルに建設された電波望遠鏡です。パラボラアンテナ 66 台を組み合わせる⼲渉計⽅式の巨⼤望遠鏡で、ミリ波・サブミリ波領域では分解能・感度ともに世界⼀の性能を誇ります。アルマ望遠鏡は、国⽴天⽂台を代表とする東アジア、⽶国国⽴電波天⽂台を代表とする北⽶連合、ヨーロッパ南天天⽂台を代表とするヨーロッパ、及びチリ共和国が協⼒して建設・運⽤する国際的な共同プロジェクトです。
注 2. 銀河系最外縁部
私たちの住む銀河系の中では、ガスや塵の⼤部分は銀河円盤と呼ばれる領域に分布しています。銀河円盤の⼤きさは半径 5 万から 6 万 5 千光年程度です。太陽系は、銀河の中⼼から約 2 万 6 千光年離れた場所に位置しています。銀河系外縁部とは、⼀般に銀河中⼼から約 4万 4 千光年以上離れた領域のことを指します。銀河中⼼から約 6 万光年以上と特に離れた領域は、銀河系"最"外縁部と呼ばれます。これが今回の研究対象です。
注 3. 複雑な有機分⼦
天⽂学では、6 個以上の原⼦からなる有機分⼦を「複雑な有機分⼦」と呼んでいます。
注 4.宇宙の氷
宇宙には塵（ちり）またはダストと呼ばれる固体微粒⼦が存在します。分⼦雲内部の極低温かつ密度の⾼い領域では、このダストの表⾯に気体の原⼦・分⼦が吸着し、氷が⽣成されます。これらは星間氷と呼ばれています。ダスト表⾯での化学反応は、星や惑星が誕⽣する領域における分⼦⽣成のメカニズムの⼀つとして重要であると考えられています。
注 5. ホットコア
原始星の周りには、分⼦雲段階で⽣成された氷が溶けることで、暖かい分⼦ガスが⼤量に存在する領域が作られます。このような⽣まれたばかりの星を繭のように包む暖かい分⼦の雲は、ホットコアと呼ばれています。暖かいといっても、マイナス 150 度前後からせいぜい室温程度です。星形成初期の分⼦雲の状態に⽐べれば⼗分に暖かいので、ホットという表現が使われます。
注 6. 輝線
原⼦や分⼦は、その種類に応じて特定の波⻑の光を放出します。これは輝線として観測されます。電波望遠鏡は、天体に付随するガスから放射されるこの光を捉え、どのような種類の原⼦・分⼦がどれくらいの量・温度で存在しているかを探ることができます。

本件に関するお問い合わせ先(研究に関すること)
新潟⼤学 研究推進機構 超域学術院研究准教授

下⻄隆（しもにしたかし）

E-mail：shimonishi@env.sc.niigata-u.ac.jp(報道に関すること)
新潟⼤学広報室
E-mail：pr-office@adm.niigata-u.ac.jp
国⽴天⽂台天⽂情報センター講師

平松正顕（ひらまつまさあき）

E-mail：hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp