日本学術振興会特別研究員の松本徹研究員および九州大学基幹教育院野口高明教授、ドイツのイエナ大学のHarries研究員とLangenhorst教授、京都大学理学研究科の三宅准教授の研究グループは、探査機はやぶさが小惑星イトカワから持ち帰った微粒子の表面に、地球外物質では全く知られていない、ひげ状に伸びた金属鉄の結晶を発見しました。金属鉄のひげ状結晶は、太陽から吹き出した荷電粒子である太陽風の打ち込みが硫化鉄(FeS)を分解させることで成長したと考えられます。この考察から、荷電粒子の照射が宇宙における硫黄と鉄の化学進化に大きな役割を果たした可能性を示しました。

硫化鉄は小惑星や彗星の物質に豊富に含まれますが、その天体表面での変化はよく分かっていませんでした。研究グループは、イトカワ微粒子に含まれる硫化鉄の表面を電子顕微鏡で観察し、金属鉄のひげ状結晶が硫化鉄表面に広く分布することを発見しました(図)。硫化鉄の表面は硫黄の量が少ないことから、太陽風の照射によって硫化鉄中の硫黄原子が選択的に失われ、鉄原子が過剰になった結果、金属鉄が成長したと推定しました。

小惑星表面は硫黄に欠乏することが観測から示唆されており、本研究は硫黄の消失が実際に起きる証拠とその仕組みを初めて示しました。この成果は、小天体の形成史や、生命にとって重要な地球への硫黄の輸送量の理解につながると期待されます。一方、恒星の間の空間(星間空間)では、荷電粒子の照射が硫化鉄の塵を分解し、金属鉄と硫黄の分離を引き起こすと予想されてきました。本研究はこの仮説を強く支持し、太陽系の材料となった星間空間の硫黄と鉄の挙動に対する理解を前進させました。

研究成果は、「Nature Communications」に2020年2月28日付でオンライン公開されました。



（図）イトカワ微粒子の走査型電子顕微鏡写真。わかりやすさのため画像を着色しています。(左)分析したイトカワ粒子のひとつ。硫化鉄(紫色)とケイ酸塩(緑色)で構成されます。(中央)硫化鉄(紫色)表面の金属鉄のひげ状結晶(青色)。(右)ひげ状結晶の拡大図。