分子雲における星間ダスト進化モデルの構築

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05085
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Chiba Institute of Technology
• Principal Investigator: 木村 宏 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (10400011)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 分子雲 / 星間ダスト / 成長・破壊 / 光散乱 / 数値シミュレーション

Outline of Research at the Start

分子雲における星間ダストの付着成長および光散乱を数値シミュレーションし、星間ダストの進化モデルを構築することで、物質進化の観点から星・惑星系形成の謎を読み解くだけでなく、ハビタブル惑星での生命の起源の普遍性について新たな視点を提供することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、分子雲におけるダストの成長・破壊・光散乱を数値シミュレーションするための計算環境を整え、分子雲での星間ダストの進化モデルを構築する事を具体的な目的としている。
本年度前半では、水氷が過去に考えられていたよりも付着力が高いという近年の室内実験結果について、理論的な考察を行い理解することが、分子雲での星間ダストの進化モデルを構築する上で極めて重要な喫緊の課題であるという認識に至った。従って、当初の計画を変更し、氷を用いた付着に関する実験結果を全て説明可能なモデルを構築し、分子雲での星間ダストの進化に及ぼす影響を調べた。接触力学や摩擦学の理論を駆使した結果、ほとんどの実験結果が氷表面における擬似液体層の影響を受けており、分子雲における氷微粒子同士の付着には適用外であると判明した。また、氷の付着力は有機物と比べて弱く、分子雲密度の低い領域では氷形成によってダスト成長が妨げられる可能性を示唆した。
本年度後半では、本来、本年度前半に予定していたダストアグリゲイトの可視光領域 (波長 0.6 ミクロン) での光散乱特性を superposition T-matrix 法により数値計算を実行した。この計算法では、米オーバーン大学の Daniel Mackowski 氏が開発した MSTM3 コードを改良し、倍以上の計算速度を得たコードを使って 2 ～ 8192 粒子からなるアグリゲイトまでの光散乱を計算した。その結果、粒子数が 1000 を超えると、可視光領域での光散乱特性は回折光・前方散乱を除き粒子数にほぼ依存しないことがわかった。言い換えると、ダストの付着成長に伴いサイズパラメーター (波数とダスト半径の積) が大きくなるが、その値が 10 を超える大きなダストアグリゲイトの光散乱は、サイズパラメーターが 10 程度のダストアグリゲイトでシミュレーション可能であると言える。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Freie Universitaet Berlin/University of Heidelberg/MPS(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ESA-ESAC(スペイン)
• [Int'l Joint Research] MPS/Free University of Berlin/Heidelberg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ESA-ESAC(スペイン)
• [Journal Article] Size of particles ejected from an artificial impact crater on asteroid 162173 Ryugu (2021)
  • Author(s): Wada K.、Ishibashi K.、Kimura H.、Arakawa M.、Sawada H.、Ogawa K.、Shirai K.、Honda R.、Iijima Y.、Kadono T.、Sakatani N.、Mimasu Y.、Toda T.、Shimaki Y.、Nakazawa S.、Hayakawa H.、Saiki T.、Takagi Y.、Imamura H.、Okamoto C.、Hayakawa M.、Hirata N.、Yano H.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 647 Pages: A43-A43
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202039777
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tensile strength of dust aggregates consisting of small elastic grains: constraints on the size of condensates in protoplanetary discs (2020)
  • Author(s): Kimura Hiroshi、Wada Koji、Yoshida Fumi、Hong Peng K、Senshu Hiroki、Arai Tomoko、Hirai Takayuki、Kobayashi Masanori、Ishibashi Ko、Yamada Manabu
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 496 Issue: 2 Pages: 1667-1682
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1641
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Is water ice an efficient facilitator for dust coagulation? (2020)
  • Author(s): Kimura Hiroshi、Wada Koji、Kobayashi Hiroshi、Senshu Hiroki、Hirai Takayuki、Yoshida Fumi、Kobayashi Masanori、Hong Peng K、Arai Tomoko、Ishibashi Ko、Yamada Manabu
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 498 Issue: 2 Pages: 1801-1813
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2467
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Organic matter in interstellar dust lost at the approach to the heliosphere (2020)
  • Author(s): Kimura Hiroshi、Postberg Frank、Altobelli Nicolas、Trieloff Mario
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 643 Pages: A50-A50
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201526964
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Helios spacecraft data revisited: detection of cometary meteoroid trails by following in situ dust impacts (2020)
  • Author(s): Krueger Harald、Strub Peter、Sommer Max、Altobelli Nicolas、Kimura Hiroshi、Lohse Ann-Kathrin、Gruen Eberhard、Srama Ralf
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 643 Pages: A96-A96
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038935
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mercury Dust Monitor (MDM) Onboard the Mio Orbiter of the BepiColombo Mission (2020)
  • Author(s): Kobayashi Masanori、Shibata Hiromi、Nogami Ken’ichi、Fujii Masayuki、Hasegawa Sunao、Hirabayashi Masatoshi、Hirai Takayuki、Iwai Takeo、Kimura Hiroshi、Miyachi Takashi、Nakamura Maki、Ohashi Hideo、Sasaki Sho、Takechi Seiji、Yano Hajime、Kr?ger Harald、Lohse Ann-Kathrin、Srama Ralf、Strub Peter、Gr?n Eberhard
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 216 Issue: 8 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00775-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The morphological, elastic, and electric properties of dust aggregates in comets: A close look at COSIMA/Rosetta’s data on dust in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (2020)
  • Author(s): Kimura Hiroshi、Hilchenbach Martin、Merouane Sihane、Paquette John、Stenzel Oliver
  • Journal Title: Planetary and Space Science Volume: 181 Pages: 104825-104825
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.104825
  • NAID: 130007977317
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Size of the smallest particles in Saturn's rings (2019)
  • Author(s): Keiji Ohtsuki, Hiroshi Kawamura, Naoyuki Hirata, Hiroshi Daisaka, Hiroshi Kimura
  • Journal Title: Icarus Volume: - Pages: 113346-113346
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.06.007
  • NAID: 120006867374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modelling DESTINY+ interplanetary and interstellar dust measurements en route to the active asteroid (3200) Phaethon. (2019)
  • Author(s): Kruger, H., Strub, P., Srama, R. Kobayashi, M., Arai, T., Kimura, H., Hirai, T., Moragas-Klostermeyer, G., Altobelli, N., Sterken, V. J., Agarwal, J., Sommer, M, Grün, E.
  • Journal Title: Planetary and Space Science Volume: 172 Pages: 22-42
  • DOI: 10.1016/j.pss.2019.04.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Modeling of an Ejecta Cloud in the Vicinity of Asteroid (3200) Phaethon: A Predicton for the Detection of Ejecta Dust by the DESTINY+ Dust Analyzer (DDA) (2020)
  • Author(s): Kimura, H., Kobayashi, M., Wada, K., Arai, T., Senshu, H., Ishibashi, K., Hirai, T., Yoshida, F., and Hong, P.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Morphological, Elastic, and Electric Properties of Dust Aggregates in Comets: A Close Look at COSIMA/Rosetta's Data on Dust in Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (2020)
  • Author(s): Kimura, H., Hilchenbach, M., Merouane, S., Paquette, J., and Stenzel, O.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Science of DESTINY+ mission (2020)
  • Author(s): Arai, T., Kobayashi, M., Ishibashi, K., Yoshida, F., Kimura, H., Hirai, T., Hong, P., Srama, R., Krueger, H., Okazaki, N., Yamamoto, T., Toyota, H., Nishiyama, K., Takashima, T., and DESTINY+ Science Team
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development and Ground Calibration Strategy of DESTINY+ Dust Analyzer (2020)
  • Author(s): Hirai, T., Kobayashi, M., Arai, T., Kimura, H., Srama, R., Krueger, H., Yabuta, H., Ito, M., Trieloff, M., Sasaki, S., Nakamura, T., and Yano, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Size of Ejecta Particles of the Artificial Impact Crater Formed by Hayabusa2 Small Carry-on Impactor (2020)
  • Author(s): Wada, K., Ishibashi, K., Kimura, H., Arakawa, M., Sawada, H., Ogawa, K., Shirai, K., Honda, R., Iijima, Y., Kadono, T., Sakatani, N., Mimasu, Y., Toda, T., Shimaki, Y., Nakazawa, S., Hayakawa, H., Saiki, T., Takagi, Y., Imamura, H., Okamoto, C., Hayakawa, M., Hirata, N., and Yano, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] On the chemical composition of dust in the Local Interstellar Cloud (2020)
  • Author(s): Kimura, H., DESTINY+/DDA Team
  • Organizer: PERC Int'l Symposium on Dust & Parent Bodies 2021 (IDP2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ダストアグリゲイト付着成長・衝突破壊モデルの現状 (2020)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 新しい星形成理論によるパラダイムシフト 2020年度大研究会
• [Presentation] MMX搭載火星周辺ダストモニターによる火星周辺のダスト環境計測 (2020)
  • Author(s): 小林 正規, 奥平 修, 千秋博紀, 和田浩二, 木村 宏
  • Organizer: 第17回宇宙環境シンポジウム
• [Presentation] DESTINY+が目指すサイエンス (2020)
  • Author(s): 荒井 朋子, 小林 正規, 石橋 高, 吉田 二美, 木村 宏, 平井 隆之, 洪 鵬, 千秋 博紀, 和田 浩二, Srama Ralf, Krueger Harald, 豊田 裕之, 西山 和孝, 今村 裕志,高島 健, DESTINY+ サイエンスチーム
  • Organizer: 第64回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] On the Detection of an Ejecta Dust Cloud Around Asteroid (3200) Phaethon by DESTINY+ (2020)
  • Author(s): 木村 宏, 小林 正規, 平井 隆之, 和田 浩二, 荒井 朋子, 千秋 博紀, 石黑 正晃, 花山 秀和, 石橋 高, 吉田 二美, 洪 鵬
  • Organizer: 第64回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] DESTINY+搭載用ダストアナライザの開発と科学研究に向けた準備 (2020)
  • Author(s): 小林 正規, 平井 隆之, 木村 宏, 荒井 朋子, Srama Ralf, Krueger Harald
  • Organizer: 第64回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] DESTINY+ダストアナライザの地上較正計画 (2020)
  • Author(s): 平井 隆之, 薮田 ひかる, 伊藤 元雄, 小林 正規, 荒井 朋子, 木村 宏, 佐々木 晶, Trieloff Mario, Hillier Jon, Khawaja Nozair, Eckart Lisa, Simolka Jonas, Krueger Harald, Srama Ralf
  • Organizer: 第64回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] DESTINY+計画の進展とサイエンス (2020)
  • Author(s): 荒井 朋子, 小林 正規, 石橋 高, 吉田 二美, 木村 宏, 平井 隆之, 洪 鵬, 千秋 博紀, 和田 浩二, Srama Ralf, Krueger Harald, 今村 裕志, 豊田 裕之, 西山 和孝, 高島 健, 佐々木晶, 薮田ひかる, 石黒正晃, 渡部潤一, 伊藤孝士, 大坪貴文, 大塚勝仁, 他
  • Organizer: 日本惑星科学会 2020年 秋季講演会
• [Presentation] DESTINY+搭載用ダストアナライザの開発と地上較正計画 (2020)
  • Author(s): 平井 隆之, 小林 正規, 荒井 朋子, 木村 宏, 薮田 ひかる, 天野 翠, 小林 幸雄, 伊藤 元雄, 佐々木 晶, 矢野 創, Trieloff Mario, Hillier Jon, Khawaja Nozair, Eckart Lisa, Simolka Jonas, Krueger Harald, Srama Ralf, DESTINY+チーム
  • Organizer: 日本惑星科学会 2020年 秋季講演会
• [Presentation] 彗星ダストアグリゲイトの形態的・弾性的・電気的特性について：ESA 彗星探査機 Rosetta に搭載された飛行時間型二次イオン質量分析計 COSIMA のデータが語る 67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星ダストの物語 (2020)
  • Author(s): 木村 宏, Martin Hilchenbach, Sihane Merouane, John Paquette, Oliver Stenzel
  • Organizer: 2020年度 日本地球化学会第67回年会
  • Invited
• [Presentation] Current development status of DESTINY+ Dust Analyzer (2020)
  • Author(s): Takayuki Hirai, Masanori Kobayashi, Tomoko Arai, Hiroshi Kimura, Ralf Srama, Harald Krueger, and DESTINY+ team
  • Organizer: PERC Int'l Symposium on Dust & Parent Bodies 2020 (IDP2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The morphological, elastic, and electric properties of dust aggregates in comets: A close look at COSIMA/Rosetta’s data on dust in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (2019)
  • Author(s): Kimura, H., Hilchenbach, M., Merouane, S., Paquette, J., and Stenzel, O.
  • Organizer: Cosmic Dust
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interstellar Dust Measurements with the Interstellar Probe (2019)
  • Author(s): Srama, R., Krueger, H., Sterken, V., Strub, P., Altobelli, N., Albin, Th., Horanyi, M., Hsu, S., Kempf, S., Kimura, H., Mocker, A., Li, Y., Postberg, F., Strack, H., Simolka, J., Sommer, M., Sternovsky, Z., and Trieloff, M.
  • Organizer: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cometary dust trail simulations for the Martian Moons Exploration (MMX) mission (2019)
  • Author(s): Krueger, H., Kobayashi, M., Sasaki, S., Soja, R., Sommer, M., Strub, P., Srama, R., Moragas-Klostermeyer, G., Kimura, H., Hirai, T., Arai, T., Ishimaru, R., and Gruen, E.
  • Organizer: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DESTINY+計画の理学ミッション検討状況 (2019)
  • Author(s): 荒井 朋子、小林 正規、石橋 高、吉田 二美、木村 宏、平井 隆之、洪 鵬、 Ralf Srama, Harald Kruger, 渡部 潤一、岡本 尚也、豊田 裕之、西山 和孝、高島 建、 DESTINY+サイエンスチーム
  • Organizer: 日本惑星科学会 2019年 秋季講演会
• [Presentation] DESTINY+搭載用ダストアナライザの開発と サイエンス検討状況 (2019)
  • Author(s): 平井 隆之、小林 正規、荒井 朋子、木村 宏、Srama Ralf、Krueger Harald、DESTINY+チーム
  • Organizer: 日本惑星科学会 2019年 秋季講演会