ロゼット星雲を背景に星形成を観察したハーシェル宇宙天文台のアーティストの印象。
（画像：©C. Carreau / ESA）
Kavli Foundationのライター兼編集者であるAdam Hadhazyがこの記事をSpace.comのExpert Voices：Op-Ed＆Insightsに寄稿しました。
偶然のキャンプ旅行から大きな予算の天文台に関する国際的な合意形成まで、2018年のカブリ賞受賞者は、宇宙化学の分野への彼女の個人的および専門的な旅について話し合います。
スペースのすべてがこのような不自然な場所ではありません。 銀河は、単純な水素ガスから生命の発達に不可欠な複雑な有機物質に至るまで、分子の豊富なシチューを含むほこりっぽい雲で一杯です。星や惑星の形成にこれらすべての宇宙の成分がどのように混じり合っているかを把握することは、Ewine van Dishoeckの人生の仕事です。
訓練を受けた化学者であるヴァンディショックは、すぐに宇宙に目を向けました。彼女は、宇宙化学の創発的な分野で多くの進歩を開拓し、最新の望遠鏡を利用して、巨大な星を含む雲の内容を明らかにして説明しました。並行して、van Dishoeckは実験室実験と量子計算を追求しました テラファーマ 星の光による宇宙分子の分解と、レゴブロックのように新しい分子が積み重なる条件を理解する。 [8不可解な天文学の謎]
「星間雲のライフサイクルと星や惑星の形成を解明する、観測的、理論的、実験的な天体化学への彼女の組み合わせた貢献に対して」、ヴァンディショックは天体物理学の2018カブリ賞を受賞しました。彼女はその歴史の中で唯一の受賞者として認められた、あらゆる分野で2番目の受賞者です。
宇宙化学における彼女の画期的なキャリアとフィールドの次のことについてさらに学ぶために、カブリ財団はスタッフのバーベキューに参加する直前に、オランダのライデン大学のライデン天文台にある彼女の事務所からヴァンディショックと話しました。ヴァンディショックは、分子天体物理学の教授であり、国際天文学連合（IAU）の会長エレクトです。
以下は、円卓討論の編集された筆記録です。ヴァンディショックは彼女の発言を修正または編集する機会を与えられました。
カブリ財団：天体化学は私たち自身と私たちが住んでいる宇宙について私たちに何を教えてくれますか？
EWINE VAN DISHOECK： 天体化学が語る全体的な話は、私たちの起源は何ですか？私たちはどこから来たのですか？私たちの惑星と太陽はどのように形成されましたか？最終的には、太陽、地球、そして私たちの基本的な構成要素を発見しようとすることになります。それはレゴのようなものです—私たちは太陽系のレゴビルディングセットに何があったかを知りたいのです。
もちろん、最も基本的なビルディングブロックは化学要素ですが、これらの要素を組み合わせてより大きなビルディングブロック（分子）を空間で作成する方法は、他のすべてがどのようになるかを理解するために重要です。
TKF：あなたと他の研究者は、宇宙でこれらの分子ビルディングブロックを200以上特定しました。あなたのキャリアの中で、この分野はどのように進化しましたか？
EVD： 1970年代に、私たちは、イオンやラジカルなどの非常に珍しい分子が空間に比較的豊富であることを発見し始めました。これらの分子は欠落しているか、不対電子を持っています。地球上では、出会う他の問題にすばやく反応するため、彼らは長く存続しません。しかし、空間は非常に空いているため、イオンやラジカルは何万年もの間、何かにぶつかる前に生きることができます。
現在、私たちは今まさに新しい星や惑星が形成されている領域のまさに中心に存在する分子を特定することに向かっています。私たちは孤立したイオンやラジカルをより飽和した分子にスポットすることを通り過ぎています。これらには、メタノールなどの最も単純な形の有機[炭素含有]分子が含まれます。その基本的なメタノールビルディングブロックから、糖であるグリコールアルデヒドやエチレングリコールなどの分子まで構築できます。これらはどちらも「プレバイオティック」分子です。つまり、最終的に生命の分子を形成するために必要です。
宇宙化学の分野が次に進むのは、分子の一覧表を作成することから離れて、これらの異なる分子がどのように形成されるかを理解しようとすることです。また、他の種類の分子と比較して、特定の宇宙領域で特定の分子が大量に見つかる理由を理解しようとしています。
TKF：あなたが今言ったことは私に類推を思い起こさせます：宇宙化学は今、宇宙で新しい分子を見つけることについてより少なくなっています—一種の動物学者がジャングルで新しい動物を探しているようなものです。分野は今、それらの分子動物がどのように相互作用するかについての「生態学」についてであり、なぜ宇宙にある種の特定の種類が非常に多いが、そこには少ないのかなどです。
EVD： それは良いアナロジーです！星や惑星がどのように形成されるかについての物理学と化学を理解するにつれ、重要な部分は、いくつかの分子が特定の星間領域に豊富であるが、他の領域では動物と同じように「絶滅」している理由を解明することです。
私たちがあなたの比喩を続けるならば、実際には動物の生態学に例えることができる分子間の多くの興味深い相互作用があります。たとえば、温度は、空間での分子の挙動と相互作用の制御要素であり、同様に動物の活動やどこに住んでいるかなどに影響します。
TKF：ビルディングブロックのアイデアに戻ると、天体化学における蓄積プロセスは正確にどのように機能しますか？
EVD：宇宙で分子を構築する上で重要な概念は、私たちが地球上の日常生活から知っているものであり、相転移と呼ばれています。それは、固体が液体に溶けるとき、または液体が気体に蒸発するときなどです。
現在、宇宙空間では、すべての分子に独自の「スノーライン」があります。これは、気相と固相の間の境界です。したがって、たとえば、水には雪のラインがあり、水ガスから水氷に変わります。圧力が小さすぎるため、液体の要素や分子は空間に存在できないことを指摘しておきます。惑星の大気からの圧力のため、水は地球上で液体になる可能性があります。
スノーラインに戻ると、それらが惑星の形成に非常に重要な役割を果たし、多くの化学物質を制御していることがわかりました。言うまでもなく、私たちが見つけた最も重要なレゴのビルディングブロックの1つは一酸化炭素です。たとえば、一酸化炭素は燃焼で生成されるため、私たちは地球上の一酸化炭素に精通しています。私の同僚と私は、ライデンの研究室で、一酸化炭素がより多くの複雑な有機物を宇宙で作るための出発点であることを示しました。一酸化炭素が気体から固相に凍結することは、水素のレゴビルディングブロックを追加するための重要な最初のステップです。そうすることで、ホルムアルデヒド[CH2O]、次にメタノール、先ほど説明したようにグリコールアルデヒドに、またはグリセロールのようなより複雑な分子に移動することもできます[C3H8O3].
これは一例にすぎませんが、それにより、天体化学における蓄積プロセスの様子がわかります。
TKF：ライデン天文台であなたの研究室について言及しました、 天体物理学のためのサックラー研究所私が理解していることは、これまでにない天体物理学研究室としての特徴があります。それはどのようにして生まれ、そこで何を達成しましたか？
EVD： そのとおり。先駆的な天文学者であるメイヨーグリーンバーグは1970年代に研究室を立ち上げ、世界で初めて天体物理学の分野で最初の研究室となりました。彼は引退し、それから私は実験室を動かし続けました。私は最終的に1990年代初頭にこの研究所のディレクターになり、同僚がリーダーシップをとる2004年頃までその地位にとどまりました。私は今でも共同で実験を行っています。
私たちが研究室で達成することに成功したのは、宇宙の極限状態、つまり冷たさと放射です。空間の温度を10ケルビン（華氏マイナス442度）まで再現できます。摂氏マイナス260度]、これは絶対零度をわずかに上回っています。また、新しい星が形成された領域で分子が受ける星光の強い紫外線を再現することもできます。 [スタークイズ：優れたスマートをテストする]
しかし、私たちが失敗するのは、空間の空虚さ、真空を再現することです。ラボ内の超高真空は10のオーダーであると考えています8 10まで10 [1億から100億]立方センチメートルあたりの粒子。星と惑星の形成が起こる密集した雲と呼ばれる天文学者は、わずか約104、または立方センチメートルあたり約10,000個の粒子。つまり、宇宙の高密度の雲は、ラボで実行できる最高の雲よりも100倍も空です。
しかし、これは最終的に私たちに有利に働きます。宇宙の極度の真空状態において、私たちが理解しようとしている化学は、非常にゆっくりと動きます。分子が互いにぶつかって相互作用するのに10,000年または100,000年待てない研究室では、それは単純に不可能です。代わりに、人間科学のキャリアの時間スケールで何かを学ぶために、1日で反応を起こすことができる必要があります。したがって、すべてをスピードアップし、ラボで見たものを空間でのはるかに長い時間スケールに変換できます。
TKF：研究室の仕事に加えて、あなたはこれまでに、望遠鏡の配列を使用して宇宙の分子を研究してきました。研究に欠かせない機器とその理由を教えてください。
EVD： 私のキャリア全体を通して、新しい楽器は非常に重要でした。天文学は実際に観測によって駆動されます。新しい波長の光でこれまで以上に強力な望遠鏡を使用することは、異なる目で宇宙を見るようなものです。
例を挙げれば、1980年代後半に、ヨーロッパ宇宙機関[ESA]が主導するミッションである赤外線宇宙天文台（ISO）に深く関与していたオランダに戻りました。誰かがその望遠鏡を実現するために20年間大変な仕事をしてくれて、私はそれを楽しく使うことができて、とても幸運でした。 ISOは、星や惑星の形成や水の場合に主要な役割を果たす水を含む氷の化学的指紋など、これらすべてのスペクトルシグネチャを確認できる赤外線スペクトルを開いたので、非常に重要でした。もちろん、生命にとって非常に重要です。それは素晴らしい時間でした。
次の非常に重要な任務は、私が1982年に大学院生として個人的に関わったハーシェル宇宙天文台でした。化学の面から、ハーシェルが星間分子の主な任務であり、特に「水路。」しかし、最初に、ESAに対して科学的な主張をする必要がありました。私は何年もアメリカに行って、そこで同様の議論を交わし、ハーシェルの科学的根拠をアメリカの資金提供機関に伝える手助けをしました。ミッションが1990年代後半にようやく承認されるまで、それはすべて大きな前進でした。その後、構築と立ち上げにまだ10年かかりましたが、2009年後半にようやく最初のデータが得られました。つまり、1982年から2009年まで、それは長い目で見ました。 [写真：ハーシェル宇宙天文台の驚くべき赤外線画像]
TKF：宇宙と化学への愛着はいつどこで生まれましたか？
EVD： 私の主な愛は常に分子です。それは高校で非常に優れた化学の先生から始まりました。多くは本当に優れた教師に依存しており、人々がそれがどれほど重要であるかを常に理解しているとは思いません。大学に入学して初めて、物理学は化学と同じくらい楽しいことだと気づきました。
TKF：最終的に天体化学者になるために、どのような学問的な道を進みましたか？
EVD： ライデン大学で化学の修士号を取得し、理論的な量子化学を継続したいと確信しました。しかし、ライデンのその分野の教授は亡くなりました。だから私は他のオプションを探し始めました。当時、私は天文学についてあまり知りませんでした。星間媒体に関する一連の講義を聞いたのは、当時彼氏であり現在の夫であるティムでした。ティムは私に「宇宙には分子もあるのですよ！」と私に言った。 [笑い]
私は宇宙の分子に関する論文を書く可能性を検討し始めました。私は一人の教授から別の教授に行きました。アムステルダムの同僚は、私が本当に天体化学の分野に入るには、ハーバード大学に行ってアレクサンダーダルガーノ教授と一緒に仕事をしなければならないと言った。偶然にも、1979年の夏、ティムと私はカナダを旅してモントリオールで開催された国際天文学連合の総会に出席していました。総会の前に衛星会議が開かれており、そのうちの1つがティムと私がキャンプしていたこの特定の公園で実際に起こっていたことがわかりました。私たちが持っていた考えは、「まあ、多分この機会を利用して、このダルガルノ教授に会いに行くべきだろう！」でした。
もちろん、キャンプ用品と服はすべて揃っていましたが、私と一緒にきれいなスカートを1つ持っていました。ティムは私を衛星会議に連れて行って、アムステルダムから私の同僚を見つけました、そして彼は言った、「ああ、よし、ダルガルノ教授を紹介します」。教授は私を外に連れて行って、5分間話し、彼は私に何をしたのか、私の天体化学のスキルセットは何であるのかと尋ね、それから彼は「音がおもしろい。それは明らかに重要な瞬間でした。
それがすべての始まりです。それ以来、私は後悔したことがありません。
TKF：おそらく子供時代の初めに、科学者になるための道を開く他の重要な瞬間がありましたか？
EVD： 実はそうです。私は13歳で、父はカリフォルニア州サンディエゴでサバティカルを手配したばかりでした。私はオランダの高校を休学しました。オランダでは、ほとんどがラテン語とギリシャ語の授業を受けていましたが、もちろんいくつかの数学がありました。しかし、化学や物理学に関してはまだ何もありませんでした。生物学は少なくとも1〜2年後まで始まりませんでした。
サンディエゴの中学校で、私は非常に異なるトピックを学ぶことにしました。例えばスペイン語を勉強しました。科学を行う可能性もありました。私にはアフリカ系アメリカ人女性の非常に優れた先生がいましたが、当時1968年には、それは非常に珍しいことでした。彼女はとても刺激的でした。彼女には実験があり、質問があり、本当に私を科学に引き込むことができました。
TKF：数年前にオープンし、これまで実装された中で最も野心的で高価な地上ベースの天文学プロジェクトの1つであるAtacama Large Millimeter / submillimeter Array（ALMA）の約束に目を向けます。天体物理学者のラインハルトゲンゼルは、この天文台の背後にある国際的な合意を築く手助けをしてくれたと信じています。どのようにしてアルマを主張したのですか？
EVD：ALMAは、宇宙で分子を観察するための重要な窓である、この特別な範囲のミリ光とサブミリ光のプレミア観測所として驚くべき成功を収めています。現在、ALMAはチリの標高の高い平野を横切って伸びる7メートルと12メートルの構成の66の電波望遠鏡で構成されています。私たちが今いる場所に行くのは非常に長い道のりでした！
アルマは何千人もの人々の夢の結果です。私は米国のALMA科学諮問委員会のヨーロッパ側の2人のメンバーの1人でした。北米の科学界は、米国で6年間働いていたので、日本と同様に、ALMAに対する考え方が非常に異なっていました。ヨーロッパ人は、深宇宙の非常に初期の宇宙の化学に使用できる望遠鏡を考えていましたが、北アメリカ人は、大規模な高解像度イメージングについてはるかに考えていました。 1つのグループは8メートルの望遠鏡の構築について話し、他のグループは15メートルの望遠鏡の構築について話していました。 [ALMAに会う：巨大電波望遠鏡からのすばらしい写真]
したがって、私はこれら2つの議論をまとめるのを支援した人々の1人でした。 「もっと大きなアレイを構築すれば、実際には全員が勝つ」と私は言った。計画は、それほど強力ではない個別のアレイではなく、より多くの望遠鏡を1つのアレイにまとめるようになりました。そして、それが起こったのです。私たちは、競争相手になるのではなく、この素晴らしいプロジェクトに一緒に取り組む態勢を整えました。
TKF：ALMAはどのような新しい分野の天体化学を開いていますか？
EVD： ALMAで行っている大きなジャンプは、空間分解能です。上から街を眺めていると想像してみてください。最初のGoogle Earthの画像は非常に貧弱で、ほとんど何も見えませんでした。都市は大きな塊でした。それ以来、衛星搭載カメラの空間解像度が向上するにつれて、画像はますます鮮明になっています。今日では、運河（オランダの都市）、通り、個々の家まで見ることができます。街全体がどのようにまとまっているのかがよくわかります。
同じことが、若い星の周りのこれらの小さな円盤である惑星の発祥地でも起こっています。それらの円盤は、星が生まれる以前に見た雲よりも百倍から千倍小さい。アルマ望遠鏡では、新しい星や惑星が形成されている領域を拡大しています。これらは、これらのプロセスがどのように機能するかを理解するために実際に関連するスケールです。また、ALMAは独自に、これらのプロセスに関与する非常に広範囲の分子を検出および研究する分光能力を備えています。 ALMAは、これまでに経験したことのない素晴らしい一歩です。
TKF：これまでのキャリアの中で使用することになった新しい望遠鏡は、並外れた実績を持っています。同時に、私たちはまだ宇宙で見ることができるものに制限があります。次世代の望遠鏡を先に考えるとき、あなたが最も期待するものは何ですか？
EVD： 私たちの研究の次のステップは、2021年に打ち上げが予定されているジェームズウェッブ宇宙望遠鏡[JWST]です。JWSTでは、有機分子と水がさらに小さなスケールで、惑星のさまざまな部分で見られることを本当に楽しみにしています。 ALMAで可能なゾーンの形成。
しかし、ALMAは今後30年から50年の長い間、私たちの研究に不可欠です。 ALMAで発見する必要があるのはまだたくさんあります。しかし、ALMAは、地球を形成した場所のスケールで、太陽からわずかな距離で、惑星を形成する円盤の非常に内側の部分を研究するのに役立ちません。ディスク内のガスの温度ははるかに高く、放出される赤外線は、同僚と私がJWSTの実装を支援した機器で捕捉できます。
JWSTは私が取り組んだ最後のミッションです。繰り返しになりますが、私が関わったのは偶然でしたが、私はアメリカ人のパートナーや同僚と協力して良い立場にありました。ヨーロッパとアメリカの私たちの多くが集まり、「ねえ、私たちはこの楽器を実現したいと考えており、50/50のパートナーシップでそれを行うことができます」と述べました。
TKF：星や惑星を構成するビルディングブロックでの作業を考えると、宇宙は順応性があるように見えますか、それとも生命を助長していますか？
EVD：私は常に構成要素を提供すると言っていますが、それ以降の話は生物学と化学次第です！ 【笑い】結局のところ、私たちが話している人生の種類は重要です。私たちは、地球上ですぐに発生したことがわかっている、最も原始的な単細胞生物について話しているのでしょうか。私たちが入手できるすべての成分を考えると、これが私たちが現在数十億の他の星を周回していることを知っている数十億の太陽系外惑星のいずれにも起こり得ない理由はありません。
多細胞で究極的にインテリジェントな生活の次のステップに進むと、私たちはそれが単純な生活からどのようにして生まれるかをほとんど理解していません。しかし、複雑さのレベルを考えると、それが安全であると私は思います、それは、例えば、微生物のように頻繁に発生する可能性は低いです。 [エイリアンの生活をホストできる10の太陽系外惑星]
TKF：天体化学の分野は、あるかどうかの質問にどのように答えるのに役立ちますか 宇宙の異星人の生活?
EVD： 太陽系外惑星の大気の化学を研究することは、この質問に答えるのに役立ちます。地球に似ている可能性のある太陽系外惑星の多くを見つけるでしょう。次のステップは、先に述べたように、惑星の大気でスペクトルフィンガープリントを探すことです。これらのフィンガープリントでは、特定の生命体の存在を示す可能性のある「生体分子」または分子の組み合わせを具体的に探します。それは水だけでなく、酸素、オゾン、メタンなどを意味します。
私たちの現在の望遠鏡は、太陽系外惑星の大気中のそれらの指紋をかろうじて検出することができます。そのため、今日の何倍も大きい鏡を備えた超大型望遠鏡など、次世代の巨大な地上望遠鏡を構築しています。私はそれと他の新しい機器の科学的根拠を作ることに関与しており、バイオシグネチャーは本当にトップゴールの一つです。それが、天文化学が進む方向性です。
