木星は私たちが考えていたよりもさらに古いかもしれない

科学者たちは今、木星の誕生日を知ることに近づいている。カリフォルニア州のミュンスター大学とローレンス・リバモア国立研究所の研究者による新しい研究によると、木星は太陽系が最初に誕生した兆しから100万年以内に形成され始めた可能性があるという。これは長い遅れのように思えるかもしれないが、太陽系の45億年の歴史を考えると、木星はかなりの年長者だ。

これまでの研究では、木星は太陽系誕生後1000万年以内に形成されたという大げさな推定が示されていた。しかし、これらの研究はデータではなくモデルに基づいていた。木星のサンプルを分析して年齢を推定するのではなく、木星のような巨大惑星の形成に必要なガスが蔓延していた期間を推定したのだ。

「望遠鏡で見るだけでは、何かの年代を正確に特定することはできません」と、ローレンス・リバモア国立研究所の筆頭著者トーマス・クルーイアー氏は言う。「経験的アプローチを使ってこれを実行できたのは今回が初めてです。」

クルーイェール氏と彼の同僚は、金属同位体（核内の中性子の数が多いか少ないかで異なる金属）を分析し、火星と木星の間の小惑星帯で形成された小さな古い隕石の岩石サンプルの起源と年代を突き止めました。彼らは特にモリブデンとタングステンという2つの金属に注目しました。タングステンは白熱電球のフィラメントとして使用されているので、聞いたことがあるかもしれません。モリブデンにピンとこなくても心配はいりません。モリブデンは地球上にあまり存在せず、主に鋼合金への添加物として使用されています。

宇宙では、モリブデンは建築材料よりもずっと興味深い用途がある。サンプル中のモリブデン同位体は、それが太陽系のどこで発生したかを教えてくれる。太陽系を構成するすべての物質は異なる星から来たものだが、異なる起源は完全に混ざり合っていない。それが鍵だ。モリブデン同位体では正確な位置を特定できないが、どのサンプルが互いに関連しているかはわかるとクルーイアー氏は言う。

研究者らは隕石のモリブデン含有量を分析し、その自然的変化によって隕石が炭素質隕石と非炭素質隕石という2つの別個の既存グループに分かれることを発見した。炭素質隕石は木星の外側から発生したと考えられており、非炭素質隕石は太陽に近い物質から形成された。

しかし、2 つの隕石のグループが異なる組成を持っていたのは、それらが分離されていたからではなく、異なる時期に形成されたためだったとしたらどうでしょうか。そこで、木の年輪を見るのと同じように、異なる同位体であるタングステンを使用して、これら 2 つのグループの年齢を割り出しました。時間の経過とともに、より大きなタングステン同位体はより小さな同位体に崩壊するため、より小さな同位体が多く見られるということは、隕石がかなり前から存在していたことを意味します。

真実はタングステンにあった。非炭素質隕石はわずかに早く形成され始めたが（太陽系の最初の天体からおよそ50万年後、同じ基準から100万年後に形成された最古の炭素質隕石と比較して）、両方の隕石は少なくともその後100万年間は同時に形成され続けた。200万年の時点で形成された非炭素質隕石があり、最新の炭素質隕石は太陽系誕生から300万年から400万年後に遡る。

それで、木星の話に戻ります。両方の隕石群の形成は重なっていたため、組成が異なるのは、物理的に分離されていたためでしょう。では、何がそれらを分離しているのでしょうか? そうですね、大きなガスの塊がその原因でしょう。

クルーイアー氏は、このデータは間接的ではあるが、2つの隕石の貯蔵庫の空間的な違いをはっきりと示していると述べている。ボルダーにあるサウスウエスト研究所の上級研究科学者で、この研究には関わっていないケビン・ウォルシュ氏は、木星の存在は1つの説明になり得るが、他の説明もあり得ると指摘する。「初期の太陽系で小惑星の構成要素がどのように動くかについての私たちの理解が甘く、木星質量の惑星は必ずしも必要ではない可能性がある」とウォルシュ氏は言う。

しかし、木星が分離体だった場合、隕石形成のタイミングは木星自身の起源についての手がかりとなる。2種類の隕石は太陽系が始まってから100万年から400万年の間に独立して形成されたため、木星はおそらくその当時存在し、それらを分離するのに十分な大きさだった可能性がある。彼らの研究は、木星の誕生は太陽系の誕生から100万年未満である可能性があることを示唆している。非炭素質コンドライトを構成する物質は、最初の100万年間、木星の軌道内に集まり、木星が十分な大きさ（地球20個分の質量）になってそれ以上の流入を防ぐと、惑星の反対側の物質が炭素質コンドライトを形成した。

「この結果は非常に説得力があると思います」とブラウン大学の助教授で、この研究には関わっていないブランドン・ジョンソンは言う。ジョンソンはコンドライトを使って木星の形成時期を推定する独自の研究を行っており、シミュレーションでは木星が現在の大きさになったのは太陽系最初の固体が誕生してから400万年から500万年後であることが示されている。また、クルーイアーの結果は自身の研究結果を補完するものだとジョンソンは言う。「これらを合わせると、木星が誕生した初期から、私たちがよく知っていて愛している木星に似たものになるまでの木星形成の物語が語られます」とジョンソンは言う。

木星が太陽系の（ほぼ）初期から存在していたことを知ることは、太陽系の残りの部分がどのように発展してきたかを説明するのに役立ちます。

「木星の形成は太陽系全体の岩石物質の分布を変える可能性があります…または、この研究で議論されているように、小さな物質の移動の障害となることでも起こります」とウォルシュ氏は言う。

これは、地球が 1 つしか存在せず、しかも比較的小さい理由でもあるかもしれません。クルーイアー氏は、この理論は多少推測的なものだと認めていますが、木星が形成されると、太陽の居住可能な範囲内に物質が入ることが阻止された可能性があります。ありがとう、木星。