カルシウム・アルミニウムに富む包有物（CAI）｜太陽系最古の固体物質

特徴と鉱物学

CAIは、非常に高温でのみ安定な高融点相から成る複合体である。代表的な構成鉱物には、メリライト、スピネル、ペロブスカイト、ヒボナイト、アノーサイトがあり、場合によってはグロサイトのような希少な相も含まれる。組織は多様で、層状または細粒の凝縮物組織を示すCAIがある一方、粗粒であるものや、部分溶融と再結晶の痕跡を示すものもある。これらの鉱物集合と組織は、高温のガスからの凝縮と、その後に受けた熱的な変成の双方を記録している。

形成と年代

大半のモデルでは、CAIは太陽系星雲の高温な内側領域で形成されたとされる。そこでは、高融点鉱物がガスから凝縮するのに十分な高温が保たれていた。CAIに適用された放射年代測定法は、これらが年代決定された太陽系固体物質のうち最古のものであることを示している。この年代と、短寿命放射性核種から得られる相対年代学を合わせると、CAIは大部分のコンドリュールよりおよそ100万年から数百万年早く形成されたことが示唆される。

同位体と宇宙化学的重要性

CAIは特徴的な同位体組成を持ち、初期太陽系の過程をたどる有力な指標となる。酸素同位体は地球の値に比べて16Oに富むことが多く、他の元素にも異常が見られる。こうした異常は、異なる恒星起源からの寄与、あるいは太陽系前物質の不完全な混合を示すものである。CAIに短寿命放射性核種が存在することも、合成されたばかりの核種が星雲へ後期に供給された証拠となる。これらの観測は、近傍で起きた超新星からの注入のような恒星イベントと整合的に解釈されているが、その決定的な証明ではない。同位体比および放射年代測定の研究は、CAIの形成時期と形成環境を復元するうえで、引き続き中心的な役割を果たしている。

産出、例、研究

CAIは特定の隕石群、とりわけ一部の炭素質コンドライトに多く含まれる。たとえばアエンデ隕石には、多数のCAIが含まれ、詳しく研究されている。他の多くの種類の隕石では、CAIは少ないか、存在しない。実験室での研究では、岩石記載学、鉱物化学、高精度同位体測定を組み合わせ、高温起源を解釈するために実験と凝縮モデルが用いられる。組成を説明する際には、カルシウムとアルミニウムの濃集がしばしば言及される。

意義と区別

• CAIは太陽系星雲における最初期の熱的・化学的条件を伝える証人であり、太陽系年代学の基準点となる。
• CAIは形成史においてコンドリュールと異なる。コンドリュールは一般に、より後の短期間の溶融イベントの産物であるのに対し、CAIはより高温の条件で早期に形成され、ときには複数回の熱的イベントを経験した。
• CAIの同位体異常は、太陽系前物質の不均質性を明らかにし、誕生直後の太陽系への同位体供給源と供給時期に関するモデルを制約する。

継続中の研究は、原始惑星系円盤内におけるCAIの年代、起源、輸送史をさらに精密化している。CAIの研究は、鉱物学、同位体地球化学、天体物理学的モデリングを結び付け、太陽系形成段階の首尾一貫した像を構築する。入門的な解説やデータ集成については、同位体の概説、ならびに初期固体物質の放射年代測定に関する専門的な総説を参照されたい。