3I/ATLAS has an extreme taste for heavy water

第3の恒星間天体「3I/ATLAS」から、太陽系の彗星とは大きく異なる同位体組成が検出された。特に「重水」（重水素を含む水）の比率が、太陽系の彗星の約30〜60倍も高いことが明らかになった。この異常な組成は、3I/ATLASが誕生した遠い星形成領域が金属に乏しい環境だったことを示唆しており、星間物質の進化と彗星の化学的起源を理解する上で重要な手がかりとなっている。

3I/ATLASは2025年7月に発見された第3の恒星間天体で、その後の観測から複数の異常が報告されている。日本のRIKEN先駆的研究推進センターの古屋賢二率いる研究チームが発表した論文によれば、この天体に含まれる炭素の同位体比（C-12とC-13の比）が123〜191と、太陽系の値（約90）や星間物質の平均値（約68）よりも極めて高いことが判明した。さらに注目すべきは、水に含まれる重水素（水素の重い同位体）の比率である。太陽系の典型的な彗星では0.015〜0.03%なのに対し、3I/ATLASではおよそ1%に達していた。

研究チームは、これら同位体異常の原因を解明するため、星間空間での水氷の完全なライフサイクルをシミュレーションした。星間空間は極めて低温（約10ケルビン、マイナス263℃）であり、通常の化学反応が起こりにくい環境である。ここで重水素が富化する現象は、宇宙線が気体に衝突して三原子水素イオン（H3+）を形成することから始まると考えられる。このプロセスでH2D+という分子が生成され、低温下ではこの状態から安定した形に戻ることができず、重水素が閉じ込められることになる。その結果、最終的に酸素原子と結合して異常に高い濃度の重水が形成されると考えられる。

この富化メカニズムは、低金属環境に固有の三つの条件に関連している。第一に、金属に乏しい領域ではCO分子が少なく、H2D+を破壊する作用が弱いため、重水素が長く存在できる。第二に、紫外線による水の分解が起こりにくく、原子状水素の希釈作用が弱い。第三に、宇宙線電離率が低いため、H2D+が安定形態に戻るのに必要なエネルギーが不足している。これら三つが組み合わさることで、低金属環境では異常に高い重水素比が生じると考えられる。

この発見は、惑星形成環境の化学的多様性を示すとともに、宇宙探査と資源評価の観点から意味を持つ。将来の小惑星探査ミッションや月面資源開発においては、対象となる天体の同位体組成を把握することが、化学的特性の推定や採掘可能性の判断に直結する。日本の部品・装置メーカーにとっても、こうした宇宙科学の基礎知見は、次世代探査機器の開発や月面・小惑星での環境計測システムの構築といった、今後の宇宙産業参入を支える背景情報として機能することになるだろう。

Introduction ends here. Please read the full article at the source.