宇宙では、安定でないほうの分子が勝つ
宇宙で見つかっている分子の多くは、水素、炭素、窒素、酸素というわずか4つの元素からできている。有機化学と前生物化学の構成要素だ。適切に並べば、これらはペプチド結合 –C(=O)–N(–H)– をつくることができる。アミノ酸をつないでタンパク質にする結合だ。著者たちは、イソシアネート基 –N=C=O をその本質的な部分構造とみなしている。同じN–C–Oの並びをもつからだ。星間で同定された350を超える分子のうち、この基をもつものは、イソシアン酸HNCOを含めて5つしかなかった。
プロトンを加える2つの方法
イソシアン酸は、2つの場所で余分なプロトンを1つ受け取ることができる。窒素につけば**H₂NCO⁺になる。これは最も安定な配置で、すでに宇宙で検出されている。酸素につけばHNCOH⁺**になる。これは異性体、つまり同じ原子からなり配置が異なる分子で、エネルギーが1モルあたり18キロカロリー高い。これは約9,000ケルビンの気体がもつエネルギーにあたり、およそ100ケルビンの雲をはるかに超える。
理論と実験室は、2つ目の形がまれではないはずだと示唆していた。H₃⁺イオンとHNCOの反応は、これらのイオンができる主な経路の1つと考えられている。最近の計算によれば、この反応は約**80%**の割合でHNCOH⁺を生じる。ある実験室での実験では、HNCOH⁺はH₂NCO⁺の2倍多かった。しかも、いったんできたHNCOH⁺は、安定な双子にはほとんど変わることができない。高いエネルギー障壁が立ちはだかっているからだ。それでも、宇宙でそれを見た者は誰もいなかった。
衝突に揺さぶられる雲
スペインの宇宙生物学センター（Centro de Astrobiología）のMarta Rey-Montejoと、スペイン、ドイツ、日本、米国、チリの共同研究者たちは、天の川銀河の中心近くにある分子雲G+0.693-0.027に目を向けた。おそらく雲どうしの衝突による大規模な衝撃波が、ちりの粒子の氷のマントルと核から物質をはぎ取り、気体の中に放出している。そのためこの雲は、新しい分子を発見するのに最も実り豊かな場所の1つになっている。
彼らは、3台の電波望遠鏡、つまりYebes 40メートル鏡、IRAM 30メートル鏡、APEXによる、この雲の超高感度サーベイを使った。31〜275 GHzのあいだで、150 GHz近くにわたる周波数を網羅している。
7本の線、1つの分子
宇宙で回転する分子は、はしごのように並んだ精密な電波の周波数で放射し、その一つ一つが細く鋭い突起、つまりスペクトルの線として現れる。HNCOH⁺については、実験室で測定されていたのは最も低い2段だけだったので、チームは残りを外挿した。8段がサーベイの範囲に入り、7段が解析できた。8段目は地球大気による線の下に隠れていた。
それらはすべてぴったり一致した。フィッティングによれば、視線方向の柱密度は1平方センチメートルあたり9.9 × 10¹²個、分子状水素に対する存在比は約7.3 × 10⁻¹¹、分子の回転についての温度は約24ケルビンだった。これらの線の大半は、どの実験室でも測定されたことがなかった。チームはそこから、回転する分子がどれだけ伸びるかを表す値を初めて導き出した。その値は量子化学計算とよく一致している。
G+0.693方向のHNCOH⁺の7本の回転線。観測スペクトル（灰色）、HNCOH⁺のフィット（赤）、既知のすべての分子（青）。右下に分子の構造を示す。— 図1、Rey-Montejo et al. (2026), arXiv:2610.39654.
安定でないほうの双子が勝つ
チームは新しいデータで、安定な双子H₂NCO⁺も測定し直した。結果は1平方センチメートルあたり2.6 × 10¹²個だった。つまり、HNCOH⁺は3.8倍多いことになる。
2つの形が単にエネルギーに従って落ち着くのなら、雲の温度である約70〜140ケルビンでは、HNCOH⁺はH₂NCO⁺より20桁以上まれになるはずだ。ところが実際には、その存在量はつくられ方を反映している。これらのイオンをつくる反応が、安定でないほうの形を優先するのだ。著者たちは、宇宙のほかの異性体のグループにも同じパターンが見られ、高エネルギーの形が安定な形と同じくらいありふれていると指摘している。2つのイオンは回転の速さでも異なり、HNCOH⁺はH₂NCO⁺より温かく見える（約24ケルビン対9ケルビン。ガスそのものは約70〜140ケルビンだ）。著者たちが示す考えられる理由はこうだ。HNCOH⁺は極性が小さいので、回転のエネルギーを電波として手放しにくく、ガスとの衝突によって速く回り続ける。
6つ目の分子、そしてこれから
HNCOH⁺は、宇宙で見つかったイソシアネート基をもつ6つ目の分子だ。著者たちは、その回転スペクトル全体を明らかにするための専用の実験室研究を呼びかけている。彼らが引き出すより広い教訓は、星間での化学のはたらき方についてのものだ。そこでは、最も安定な原子の配置が最もありふれた配置だとは限らない。重要なのは、分子が生まれるまでの道筋なのだ。