東京工業大学 地球生命研究所(ELSI)の玄田英典教授は、探査機「はやぶさ2」が持ち帰ったリュウグウ試料の初期分析チームの1つである「石の物質分析チーム」の主要メンバーとして、リュウグウ母天体の誕生と進化、そして衝突破壊までのすべてのプロセスをコンピュータによるシミュレーションで再現しました。小惑星リュウグウから持ち帰られた実際の石の硬さや温まりやすさなどの測定結果を、小惑星の形成と進化のシミュレーションに使ったのは世界初となります。

 

図1.リュウグウ試料の分析結果とシミュレーションから導き出されたリュウグウの形成進化プロセス。天体の温度分布や年代、衝突破壊のプロセスはコンピュータシミュレーションで求めたものを使用。(提供:東京工業大学、千葉工業大学、MIT、東北大学)

 

玄田英典教授が牽引したシミュレーションサブチームには、黒澤耕介氏(千葉工業大学)、脇田茂氏(MIT、旧ELSI研究員)、兵頭龍樹氏(JAXA、旧ELSI-JSPS-PD)、杉浦圭祐氏(東工大・ELSI)が参画しました。
 

本研究チームは、リュウグウ試料の分析結果、および物性測定結果に基づき、放射性元素の崩壊熱による天体内部の温度変化の数値シミュレーションを行うことにより、リュウグウ母天体の熱史を明らかにしました。その結果、太陽系形成後およそ200万年後に–200°C以下の環境でリュウグウ母天体が形成され、およそ300万年後に水と岩石の化学反応が開始され、およそ500万年後に天体内部が最高温度(約50℃)に達し、現在の小惑星リュウグウの構成物質が形成されたという具体的な過程を示すことができました(図1)。
 

また、物性測定結果に基づき、リュウグウ母天体の衝突破壊の数値シミュレーションを行った結果、直径100kmの母天体に直径10km程度の大きさの他の天体が衝突すると、母天体は破壊され,最大径が約50 km程度の天体と無数の小さな岩塊を形成されることがわかりました。現在の小惑星リュウグウは、この衝突で生まれた岩塊が再集合してできたと考えられています。この衝突破壊のシミュレーションにより、衝突時に高温高圧に達するのは、衝突地点のごく近傍のみであり(10 GPa以上の衝撃圧を経験するのは母天体の 0.2%程度)、母天体の大部分は高温高圧を経験せずにバラバラになることもわかりました(図1)。リュウグウの石からは,強い衝突の証拠はほとんど見つかっていないため、現在の小惑星リュウグウを形成した岩塊は、衝突地点から離れた物質であることがわかりました。
 

2023年、NASAの探査機「OSIRIS-REx」によって、リュウグウとは別の始原的と思われる小惑星ベンヌの試料が地球へ持ち帰られます。今後は、試料分析に基づいたより詳細な小惑星母天体の形成・進化に関する研究が多く進められていくはずです。さらに、小惑星ごとの違いなどを比較検討することによって、太陽系初期の姿がより具体的にわかっていくことが期待されます。
 

掲載誌 Science
論文タイトル Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples
著者 T. Nakamura, M. Matsumoto, K. Amano, Y. Enokido, M. E. Zolensky, T. Mikouchi, H. Genda, S. Tanaka, M. Y. Zolotov, K. Kurosawa, S. Wakita, R. Hyodo, H. Nagano, D. Nakashima, Y. Takahashi, Y. Fujioka, M. Kikuiri, E. Kagawa, M. Matsuoka, A. J. Brearley, A. Tsuchiyama, M. Uesugi, J. Matsuno, Y. Kimura, M. Sato, R. E. Milliken, E. Tatsumi,, S. Sugita,, T. Hiroi, K. Kitazato, D. Brownlee, D. J. Joswiak, M. Takahashi, K. Ninomiya, T. Takahashi,, T. Osawa, K. Terada, F. E. Brenker, B. J. Tkalcec, L. Vincze, R. Brunetto, A. Aléon-Toppani, Q. H. S. Chan, M. Roskosz, J.-C. Viennet, P. Beck, E. E. Alp, T. Michikami, Y. Nagaashi,, T. Tsuji,, Y. Ino,, J. Martinez, J. Han, A. Dolocan, R. J. Bodnar, M. Tanaka, H. Yoshida, K. Sugiyama, A. J. King, K. Fukushi, H. Suga, S. Yamashita ,, T. Kawai, K. Inoue, A. Nakato, T. Noguchi,, F. Vilas, A. R. Hendrix, C. Jaramillo-Correa, D. L. Domingue, G. Dominguez, Z. Gainsforth, C. Engrand, J. Duprat, S. S. Russell, E. Bonato, C. Ma, T. Kawamoto, T. Wada, S. Watanabe,, R. Endo, S. Enju, L. Riu, S. Rubino, P. Tack, S. Takeshita, Y. Takeichi,,, A. Takeuchi, A. Takigawa, D. Takir, T. Tanigaki, A. Taniguchi, K. Tsukamoto, T. Yagi, S. Yamada, K. Yamamoto, Y. Yamashita, M. Yasutake, K. Uesugi, I. Umegaki,, I. Chiu, T. Ishizaki, S. Okumura, E. Palomba, C. Pilorget,, S. M. Potin,, A. Alasli, S. Anada, Y. Araki, N. Sakatani,, C. Schultz, O. Sekizawa, S. D. Sitzman, K. Sugiura, M. Sun,,, E. Dartois, E. De Pauw, Z. Dionnet, Z. Djouadi, G. Falkenberg, R. Fujita, T. Fukuma, I. R. Gearba, K. Hagiya, M. Y. Hu, T. Kato, T. Kawamura, M. Kimura,, M. K. Kubo, F. Langenhorst, C. Lantz, B. Lavina , M. Lindner, J. Zhao, B. Vekemans, D. Baklouti, B. Bazi, F. Borondics, S. Nagasawa, , G. Nishiyama, K. Nitta, J. Mathurin, T. Matsumoto, I. Mitsukawa, H. Miura, A. Miyake, Y. Miyake, H. Yurimoto, R. Okazaki, H. Yabuta, H. Naraoka, K. Sakamoto, S. Tachibana,, H. C. Connolly Jr., D. S. Lauretta, M. Yoshitake, M. Yoshikawa,, K. Yoshikawa, K. Yoshihara, Y. Yokota, K. Yogata, H. Yano,, Y. Yamamoto,, D. Yamamoto, M. Yamada, T. Yamada, T. Yada, K. Wada, T. Usui,, R. Tsukizaki, F. Terui, H. Takeuchi,, Y. Takei, A. Iwamae, H. Soejima,, K. Shirai, Y. Shimaki, H. Senshu, H. Sawada, T. Saiki, M. Ozaki,, G. Ono T. Okada,, N. Ogawa, K. Ogawa, R. Noguchi, H. Noda, M. Nishimura, N. Namiki,, S. Nakazawa, T. Morota, A. Miyazaki, A. Miura, Y. Mimasu, K. Matsumoto,, K. Kumagai,, T. Kouyama, S. Kikuchi,, K. Kawahara, S. Kameda,, T. Iwata,, Y. Ishihara, M. Ishiguro, H. Ikeda, S. Hosoda, R. Honda,, C. Honda, Y. Hitomi,, N. Hirata, N. Hirata, T. Hayashi, M. Hayakawa, K. Hatakeda,, S. Furuya, R. Fukai, A. Fujii, Y. Cho, M. Arakawa, M. Abe,, S. Watanabe, Y. Tsuda
DOI 10.1126/science.abn8671
出版日 2022年9月22日