日本原子力研究開発機構、国立天文台、東京工業大学らで構成される研究グループは11月22日、太陽系初期にのみ存在した放射性同位体「ニオブ92(半減期は約3500万年)」が、超新星爆発のニュートリノで生成されたことを解明したと発表した。

今回の発表は、日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 研究主幹の早川岳人氏、国立天文台 理論研究部の梶野敏貴准教授、東京工業大学 千葉敏教授らの共同研究グループによる成果で、The Astrophysical Journal Lettersに出版される予定となる。

現在の太陽系に存在していないニオブ92は、約46億年前に太陽系が誕生した時点では存在していたことがこれまでの研究から明らかになっていたが、ニオブ92が宇宙のどこでどのように生成されたかは現在でも未解明のままであった。

そこで研究グループは今回、超新星爆発モデルにニュートリノ核反応率を組み込んで計算を実施。その結果、ニオブ92の量を定量的に説明できることが判明したという。これは太陽系誕生の直前に太陽系近傍で超新星爆発が発生し、放出されたニュートリノによって超新星爆発の外層でニオブ92が生成され、爆発によって吹き飛ばされて太陽系に降り注いだという説が実証されたことを意味する 。

超新星爆発の初期に、重力崩壊によって中心部に原始中性子星が形成される。原始中性子星から放出されたニュートリノが外層に存在するジルコニウム92やニオブ93と核反応を起こしてニオブ92を生成する(左図)。ニュートリノによる新しい核種の生成。ニオブ93にニュートリノ(6種類のニュートリノのどれでも良い)が入射して、中性子をたたき出す反応。ジルコニウム 92 に電子ニュートリノが入射して中性子を陽子に変換する反応(右図)

また、このニオブ92を生成した超新星爆発から太陽系誕生までの時間を100万～3000万年とする計算結果も得ることに成功したとしており、研究グループでは、太陽系形成の年代を評価できる超新星爆発のニュートリノ過程による宇宙核時計としては、ニオブ92が唯一のものだとしている。

ニオブ92の量の時間変化。太陽系近傍で発生した超新星爆発で生成されたニオブ92は宇宙空間でベータ崩壊によって減少していき、太陽系形成時に隕石等に取り込まれた。その後の約46億年の間にジルコニウム92にベータ崩壊。超新星爆発によって生成されたニオブ92の量は理論計算で求めることができ、太陽系誕生時の量は隕石研究によって求めることができる。この2つの量から経過した時間を評価できる

なお研究グループでは、今回の成果を受け、今後はさらなる隕石研究が進み、超新星爆発から太陽系誕生までの時間をより精密に評価することが期待できるという。