⼩マゼラン雲にホットコアを初検出‒遥か昔の宇宙における物質の化学進化に迫る‒[概要]
新潟⼤学⾃然科学系（理学部）の下⻄隆准教授、東京⼯業⼤学の⽥中圭助教、バージニア⼤学の Yichen Zhang 研究員、国⽴天⽂台の古家健次特任助教の国際共同研究チー
ムは、アルマ望遠鏡注 1 を⽤いて、地球から約 19 万光年の距離にある矮⼩銀河・⼩マゼラン雲において、「ホットコア」と呼ばれる⽣まれたばかりの星を包む分⼦の雲を世界で初めて発⾒しました。⼩マゼラン雲は、今から約 100 億年前の宇宙に環境が類似していることから、本研究により太陽系誕⽣よりも遥か昔の宇宙における物質進化に迫る新たな知⾒が得られました。

図. ⼩マゼラン雲に発⾒された 2 つのホットコア（天体名：S07 および S09）の位置（緑丸)。ア
ルマ望遠鏡により観測された各天体のダスト（星間塵）、⼆酸化硫⻩、メタノールの放射分布の画像が⽰されている。背景は⼩マゼラン雲の⾚外線画像(Herschel 望遠鏡による 160 ミクロンの画像)。本研究成果のポイント
・世界で初めて、矮⼩銀河・⼩マゼラン雲において⽣まれたばかりの星を包む化学的に豊かな分⼦の雲を発⾒。
・発⾒された天体は、天の川銀河内の同種の天体に⽐べて、複雑な有機分⼦の量が⾮常に少なかった。
・⼩マゼラン雲は、今から約 100 億年前の宇宙に環境が似ており、今回の結果は遥か昔の宇宙における星や惑星の材料物質の多様性を探る重要な⼿がかりを与えた。

[背景]星は冷たく巨⼤なガスの塊の中で⽣まれます。原始星（⾚ちゃん星）が誕⽣すると、周囲のガスや塵を暖めはじめます。このような原始星を繭のように包む暖かいガス分⼦の雲は、ホットコアと呼ばれています（ただし、暖かいといってもマイナス 150 度前後から室温程度です）。ホットコアの中では、星の材料となる星間物質が⾮常に豊かな化学進化を遂げることが知られています。実際、天の川銀河内の多くのホットコアでは、⽔や複雑な有機分⼦注 2 を含む様々な分⼦が⾒つかっています。このため、ホットコアの研究は星形成の物理過程を理解するだけでなく、星形成に伴う物質の化学進化を理解する上でも重要であると考えられています。

⼩マゼラン雲は、太陽系近傍に対して炭素や酸素などの重元素注 3 の存在量が約 10%から 20%と少ないことが知られています。このような重元素の少ない環境は、ビッグバン直後の誕⽣したばかりの宇宙に存在した銀河と類似しており、⼩マゼラン雲は遙か昔の宇宙における星形成過程や物質進化の様⼦を探る上で重要な現場のひとつです。

本研究チームはこれまで、⼤マゼラン雲注 4 や天の川銀河の外縁部といった重元素の少ない領域における星形成および物質進化に着⽬し、これらの領域をアルマ望遠鏡で観測することによりホットコアを発⾒してきました。しかし、星形成活動が活発な近傍銀河の中でも特に重元素の少ない⼩マゼラン雲では、これまでホットコアは⾒つかっていませんでした。

[今回の成果と今後の展望]
そこで本研究チームは、⼤・⼩マゼラン雲内の約 40 の⼤質量原始星をアルマ望遠鏡により系統的に観測するプロジェクト（MAGOS プロジェクト; MAGellanic Outflowand chemistry Survey）を開始しました。今回の⼩マゼラン雲におけるホットコアの発⾒は、MAGOS プロジェクトにより取得されたデータおよびアルマ望遠鏡のアーカイブデータを組み合わせて得られたものです。

⼩マゼラン雲で発⾒されたホットコアの物理・化学的性質を詳細に調べたところ、興味深い特徴が⾒つかりました。これまでに知られていた通常の重元素量環境では、原始星付近の暖かくコンパクトで⾼密度なホットコア領域は星間有機分⼦の⼀種であるメタノールの輝線注 5 により検出されてきました。⼀⽅、本研究で⼩マゼラン雲内に発⾒した 2 つのホットコアではどちらも、メタノール分⼦は⽐較的低温で広がった領域に由来しており、ホットコアの⾼温ガスからの寄与は⾮常に⼩さいことが分かりました。また、天の川銀河内で⼀般的に⽤いられるメタノール輝線の代わりに、⼩マゼラン雲の天体では⼆酸化硫⻩の分⼦輝線を⽤いてホットコア領域を検出できることも今回の研究で明らかになりました。

本研究成果より明らかになった⼩マゼラン雲の原始星の興味深い特徴は、遙か昔の宇宙で起きていた物質進化や星形成過程の多様性を解明する重要な鍵となります。現在の天の川銀河の星・惑星形成領域で起きている星間物質の豊かな化学進化は、宇宙史を通して普遍的な現象だったのでしょうか？星・惑星形成領域における物質進化の理解は、惑星へと取り込まれうる⽣命材料物質の多様性の究明にもつながります。今後、アルマ望遠鏡やジェームスウェッブ宇宙望遠鏡を⽤いた観測が進むことで、過去の宇宙と現在の宇宙における星・惑星形成過程およびそれに伴う物質進化の様⼦の違いがより詳細に明らかになることが期待されます。

[研究成果の公表]
本研究成果は、⽶国の天体物理学誌「The Astrophysical Journal Letters」に 2023 年4 ⽉ 4 ⽇付で掲載されました。また、論⽂誌の中から際⽴った研究を紹介する AAS Nova
でもハイライトされました（First Detection of Hot Molecular Cloud Cores in the Small
Magellanic Cloud）。
【論⽂タイトル】The Detection of Hot Molecular Cores in the Small Magellanic Cloud【著者】Takashi Shimonishi, Kei E. I. Tanaka, Yichen Zhang, Kenji Furuya【doi】10.3847/2041-8213/acc031

[謝辞]本 研 究 は ⽇ 本 学 術 振 興 会 科 学 研 究 費 補 助 ⾦ （ JP19K14760, JP20H05845C,
JP20H05847, JP21H00037, JP21H00058, JP21H01145）、および卓越研究員事業の⽀援を受けています。
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. 重元素
天⽂学ではヘリウムより重い元素を重元素と呼びます。⽔素に対する重元素の割合は重元素量と呼びます。重元素は恒星内部の核融合反応により合成され、恒星の死に伴い星間空間へと放出されます。そのため、星の⽣と死のサイクルが⼗分に繰り返されていない初期の宇宙では、現在の宇宙に⽐べて重元素量が低かったと考えられています。
注 3. 複雑な有機分⼦
天⽂学では、メタノールのように 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. ⼤マゼラン雲
⼩マゼラン雲と同様に天の川銀河の近傍に位置する伴銀河です。地球から約 16 万光年の距離にあります。重元素量は⼩マゼラン雲よりやや⾼く、太陽系近傍に⽐べて約半分から 1/3 程度です。
注 5. 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。