Study of evolution and processing of interstellar dust based on infrared satellite data

• Project/Area Number: 18K03691
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 尾中 敬 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (30143358)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 左近 樹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70451820)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 星間物理学 / 赤外線分光 / 衛星観測 / 星間物質 / 星間物理 / 星間塵 / 赤外線観測

Outline of Annual Research Achievements

「あかり」衛星の近・中間赤外線カメラ(IRC)で取得した2.5-5ミクロンの近赤外線スリットスペクトルと同じ位置のSpitzerのInfrared Spectrograph (IRS: 5 - 35ミクロン）のスペクトルを抽出する手段の開発を行い、双方のデータがあるCep A領域のデータを抽出した。この結果2.5ミクロンから35ミクロンまでのスペクトルを同じ領域で調べることができるようになった。アウトフローからの衝撃波が存在すると考えられる領域で、特異な輝線スペクトルがみられることが示され、その原因を検討中である。またCepAの解析と並行して、NGC1569, NGC1097のデータについても同様の解析を進めている。特にNGC1097については、中心核付近で、PAHバンドが弱まっている傾向が見え、その原因を検討している。
これらの解析と並行して、小惑星のIRC近赤外線スペクトルの解析も行い、C型小惑星には含水鉱物の特徴を示すスペクトルが見られるこをと明らかにした。この結果は「はやぶさ２」の結果とも一致し、小惑星に水が存在することを強く示唆するとともに、地球の水の起源として小惑星が有力な候補であることを示した。
さらに「あかり」衛星の全天サーベイデータとプランク衛星のデータとの解析を行い、プランク衛星のデータから得られるマイクロ波異常超過放射（AME)と9ミクロンとの相関を調べた。AMEは回転しているPAHによる放射とする仮説があり、両者の相関はこの仮説を裏付けることになる。全天のプランクのデータは物理条件の異なる領域を含んでいるため、正確にAMEの量を見積もることが難しいことがわかった。物理条件を絞るため、λOri領域に限定して解析を行ったところ、有意に高い相関が見られることがわかった。この結果をまとめ、現在査読誌に論文を投稿中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画していた、「あかり」の近・中間赤外線カメラ（IRC)とSpitzer IRSの同じ位置でのスペクトル抽出方法を開発することに成功し、Cep A, NGC1097などの天体に適用した。同時に氷、水、および有機物ダストに関連するIRCスペクトルの解析を行い、C型小惑星に含水鉱物の特徴が見られることを確認するなど、十分な成果をあげている。またマイクロ波超過放射についても、全天のデータを使用した解析の問題点を明らかにし、λOri領域に解析を集中して行い、有意な相関を得た。この結果から回転しているPAH仮説に重要な支持を得られ、予定した研究計画は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

IRC, Spitzer/IRSでの同じ領域でのスペクトル抽出方法をさらに精密化し、2.5-35ミクロンまでのデータを共通に観測された天体で抽出する。同時に2.5-5ミクロンのスペクトル解析について、背景となる連続光の形や、様々なダストの吸収・放射のスペクトルを取り入れ、より信頼のおける解析手法を開発する。これに基づき、すでに抽出したスペクトルの解析を行い、本研究の主目的である、星間ダストの変質過程を検定する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS/IRAP/Observatory of Meudon(フランス)
• [Int'l Joint Research] NASA Ames Research Center(米国)
• [Journal Article] AKARI/IRC near-infrared asteroid spectroscopic survey: AcuA-spec (2019)
  • Author(s): Usui Fumihiko、Hasegawa Sunao、Ootsubo Takafumi、Onaka Takashi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71
  • DOI: 10.1093/pasj/psy125
  • NAID: 120006604633
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Revised wavelength and spectral response calibrations for AKARI near-infrared grism spectroscopy: post-cryogenic phase (2019)
  • Author(s): Baba, S., Nakagawa, T., Usui, F., Yamagishi, M., and Onaka, T.,
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] AKARI mid-infrared slit-less spectroscopic catalogue (2019)
  • Author(s): Yamagishi Mitsuyoshi、Yamamura Issei、Mizuki Toshiyuki、Ootsubo Takafumi、Baba Shunsuke、Usui Fumihiko、Onaka Takashi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71
  • DOI: 10.1093/pasj/psy132
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Near-infrared to mid-infrared observations of galaxy mergers: NGC 2782 and NGC 7727 (2018)
  • Author(s): T. Onaka, T. Nakamura, I. Sakon, R. Wu, R. Ohsawa, H. Kaneda, V. Lebouteiller, and T. L. Roellig
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 853
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing the baryon cycle of galaxies with SPICA mid- and far-infrared observations (2018)
  • Author(s): van der Tak F. F. S.、Madden S. C.、Roelfsema P.、Armus L.、Baes M.、Bernard-Salas J.、Bolatto A.、Bontemps S.、Bot C.、Bradford C. M.、Braine J.、Ciesla L.、Clements D.、Cormier D. et al.
  • Journal Title: Pubilications of the Astronomical Society of Australia Volume: 35
  • DOI: 10.1017/pasa.2017.67
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Selection of amino acid chirality via neutrino interactions with 14N in crossed electric and magnetic fields (2018)
  • Author(s): Famiano, Michael A.; Boyd, Richard N.; Kajino, Toshitaka; Onaka, Takashi
  • Journal Title: Astrobiology Volume: 18 Pages: 190-206
  • DOI: 10.1089/ast.2017.1686
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The State-of-Play of Anomalous Microwave Emission (AME) Research (2018)
  • Author(s): C. Dickinson, Y. Ali-Haimoud, A. Barr, E. S. Battistelli, A. Bell, L. Bernstein, S. Casassus, K. Cleary, B. T. Draine, R.Genova-Santos, S. E. Harper, B. Hensley, J. Hill-Valler, T. Hoang, F. P. Israel, L. Jew, A. Lazarian, J. P. Leahy, J. Leech, C. H. Lopez-Caraballo, I. McDonald, E. J. Murphy, T. Onaka, R. etc.
  • Journal Title: New Astronomy Reviews Volume: 80 Pages: 1028-1028
  • DOI: 10.1016/j.newar.2018.02.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sites that can produce left-handed amino acids in the supernova neutrino amino acid processing model (2018)
  • Author(s): Boyd, Richard N.; Famiano, Michael A.; Onaka, Takashi; Kajino, Toshitaka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 856
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaad5f
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Constraining physical conditions for the PDR of Trumpler 14 in the Carina Nebula (2018)
  • Author(s): Wu, R., Bron, E., Onaka, T., Le Petit, F., Galliano, F., Languignon, D., Nakamura, T., and Okada, Y.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 618
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201832595
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mid-infrared multi-wavelength imaging of Ophiuchus IRS 48 transitional disk (2018)
  • Author(s): M. Honda, K. Okada, T. Miyata, G. D. Mulders, J. R. Swearingen, T. Kamizuka, R. Ohsawa, T. Fujiyoshi, H. Fujiwara, M. Uchiyama, and T. Onaka
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 印刷中 Pages: 44-44
  • DOI: 10.1093/pasj/psy033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced dust emissivity power-law index along the western H α filament of NGC 1569 (2018)
  • Author(s): T. Suzuki, H. Kaneda, T. Onaka, M. Yamagishi, D. Ishihara, T. Kokusho, and T. Tsuchikawa
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 印刷中 Pages: 2705-2715
  • DOI: 10.1093/mnras/sty800
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SPICA-A Large Cryogenic Infrared Space Telescope: Unveiling the Obscured Universe (2018)
  • Author(s): Roelfsema, P. R., Shibai, H., Armus, L., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Australia Volume: 35
  • DOI: 10.1017/pasa.2018.15
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amino acid chiral selection via weak interactions in stellar environments: Implications for the origin of life (2018)
  • Author(s): Famiano Michael A.、Boyd Richard N.、Kajino Toshitaka、Onaka Takashi、Mo Yirong
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 8833-8833
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27110-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing the high-redshift universe with SPICA: Toward the epoch of reionisation and beyond, (2018)
  • Author(s): Shimonishi, T., Watanabe, Y., Nishimura, Y., Aikawa, Y., Yamamoto, S., Onaka, T., Sakai, N., and Kawamura, A.
  • Journal Title: Pubilications of the Astronomical Society of Australia Volume: 862
  • DOI: 10.1017/pasa.2018.41
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 窒素含有炭素質物質の宇宙曝露実験計画 (2019)
  • Author(s): 遠藤いずみ、左近樹, 尾中敬,, 他
  • Organizer: 日本天文学会2019年春季年会
• [Presentation] Exploring Hydrated Minerals on Asteroids with AKARI, (2019)
  • Author(s): Usui, F., Hasegawa, S., Ootsubo, T., and Onaka, T.
  • Organizer: The 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detectability of large ice grains as the origin of unidentified depleted oxygen (2019)
  • Author(s): 尾中 敬
  • Organizer: 第35回Grain Formation Workshop
• [Presentation] Interstellar dust as revealed by AKARI (2019)
  • Author(s): 尾中 敬
  • Organizer: 銀河の化学進化とダスト形成」研究会
  • Invited
• [Presentation] 宇宙環境曝露実験によって探る炭素質星間塵の性質 (2018)
  • Author(s): 左近 樹, 池内綾人, 遠藤いずみ, 尾中 敬, 他
  • Organizer: 日本天文学会2018年春季年会
• [Presentation] The Stellar Spectroscopic Variabilities Investigated with the AKARI Near-infrared Catalogs of the Large Magellanic Cloud (2018)
  • Author(s): Jin Zhang, Takashi Onaka, Itsuki Sakon, et al.
  • Organizer: 日本天文学会2018年春季年会
• [Presentation] Molecular complexity around a high-mass young stellar object in the Small Mag-ellanic Cloud seen by ALMA, (2018)
  • Author(s): 下西 隆、 尾中 敬、他
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会
• [Presentation] あかり全天サーベイデータを用いたV1065 Cen周囲のダストの性質調査, (2018)
  • Author(s): 遠藤いずみ、左近樹, 尾中敬, 大澤亮, 他
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会
• [Presentation] Processing of nano dust particles in galaxies (2018)
  • Author(s): Onaka, T., Nakamura, T., Sakon, I., Ohsawa, R., Wu, R., Kaneda, H., Lebouteille, V., and Roellig, T. L.
  • Organizer: International Astronomical Union, General Assembly XXX, FM10, Nano Dust in Space and Astrophysics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Formation and processing of organic and ice dust (2018)
  • Author(s): Onaka, T.
  • Organizer: First TagKASI International Conference: Cosmic Dust and Magnetism
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A systematic study of dust and star formation in early-type galaxies with AKARI (2018)
  • Author(s): Kokusho, T., Kanedad, H., Bureau, M., Suzuki, T., Yamagishi, M., and Onaka, T.
  • Organizer: Cosmic Dust: origin, application, & implication
  • Int'l Joint Research