[P-PS07] 太陽系物質進化

[PPS07-06] 短寿命－安定核種の共変動に基づく核宇宙・初期太陽系年代学の新展開

★招待講演

*飯塚 毅¹、日比谷 由紀²、鈴木 充¹、早川 岳人³ (1.東京大学、2.海洋研究開発機構、3.量子科学技術研究開発機構)

キーワード：超新星、短寿命核種、核合成、同位体二分性

太陽系初期に存在した短寿命放射性核種（short-lived radionuclides: SLRs）は，隕石およびその構成物質の高精度な年代計として広く用いられている．また，太陽系形成時のSLRsの存在度は，SLRsの核合成から太陽系形成までの時間を反映するため，SLRsは核宇宙年代計としても利用できる．従来の初期太陽系年代学および核宇宙年代学では，一般的に初期太陽系におけるSLRsの均質分布が仮定されていた．しかし，近年の研究により，SLRの²⁶Al（→ ²⁶Mg；半減期717万年）が初期太陽系において不均質に分布していたことが明らかになり（e.g., Bollard et al., 2019 GCA; Hibiya et al., 2019 LPSC），これまでに報告されていたAl–Mg年代の信頼性が揺らいでいる．一方，近年の隕石の高精度安定同位体測定からは，Tiなどの元素において核合成起源の同位体異常が存在し，さらに炭素質コンドライトとそれ以外の殆どの隕石の間で同位体異常の正負・大きさが明瞭に異なることが示されている（e.g., Kruijer et al., 2019 Nature Astronomy）．この同位体二分性は，ある星からの放出物が太陽系の内側と外側で系統的に異なる濃度で分布していたことを示す．さらに，我々の最近の研究により，(Hibiya et al., 2019 LPSC)，SLRの⁹²Nb（→ ⁹²Zr；半減期3700万年）が，太陽系内側に比べ，太陽系外側で~80％高い存在度で存在していたことが明らかになった．⁹²Nbは超新星爆発でのみ合成される核種のため，この発見は超新星爆発の放出物が原始太陽系円盤において不均質に分布していたことを必要とする．これら最新の研究の知見は，核宇宙・初期太陽系年代学において，SLRsの均質分布を仮定しない新たな方法論の確立が必要であることを示す．

　本発表では，SLRsと安定同位体異常の共変動に基づいた，新たな初期太陽系年代学と核宇宙年代学の方法論を提案する．不均質に分布していたSLRsを初期太陽系年代学に利用するには，年代測定対象物が存在していた領域におけるSLRsの太陽系初期存在度を決定する必要がある．我々は，²⁶Alおよび⁹²Nbの初期存在度が，Ti安定同位体変動と相関すること，そしてこれらの同位体共変動が重力崩壊型超新星爆発（core-collapse supernova: CCSN）の放出物の不均一分布により説明できることを示し，その上で変動するSLRs初期存在度をTi安定同位体組成から推定する方法を提案する．さらに，SLRsと安定同位体の共変動を，核宇宙年代学に応用する．CCSN起源SLRsの太陽系内における初期存在度の変動は，(i) CCSNと太陽系形成の時間差，および (ii) CCSN放出物の初期太陽系における希釈率の変動の二つに依存する．そして，(ii)希釈率の変動は，安定同位体変動から独立に推定でき，ひいてはSLRsの変動から(i)CCSNの時期を一意に決定できる． ²⁶AlとTi安定同位体の共変動を組み合わせることにより，CCSNの時期は太陽系形成前40–150万年と推定された．さらに，CAIsが太陽系母分子雲コアの同位体組成を記録すると仮定し，CCSNが太陽系から~1 parsecで起きたと推定された．これらの結果は，太陽系が大質量星を含む星団で形成されたこと，さらに近傍のCCSNが太陽系形成の引き金となったことを示唆する．ここで提案した核宇宙年代測定法は，別の核種にも適用できる．現在我々は，陽子過剰のSLR⁹⁸Tcと長寿命核種¹³⁸Laに着目して研究を進めている．これらの核種は，CCSNにおいて同一の過程で合成されるため，CCSNの時期をより正確に決定できることが期待される．