2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae |
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| Project/Area Number |
25108002
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
羽馬 哲也 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (20579172)
日高 宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
橘 省吾 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50361564)
薮下 彰啓 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (70371151)
荒木 光典 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 研究員 (90453604)
中野 英之 京都教育大学, 教育学部, 准教授 (80554310)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 星間分子雲 / 表面原子反応 / 光化学反応 / 氷 / 有機物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
星間分子雲における，氷・有機物の生成・進化過程の全体像を明らかにすることを目的とする．本研究計画では，分子雲に存在する低温の星間塵上で起こる原子反応および光化学反応に関する実験を系統的・定量的におこなう．その上で，各種反応の反応速度，生成物の分岐比などを決定する．実験生成物の化学組成・同位体組成は分析班で分析し，観測班・理論班の研究成果を包括することにより，分子雲における化学進化の大筋を描き出す．
極低温表面原子反応実験装置を用いて，硫化水素（H2S）でのH-D置換反応実験をおこなった．その結果，10-30KではH-D置換反応が起きるが40K以上では起きないことが明らかになった．この結果は観測されてるHDSの生成機構をうまく説明できる．また，アモルファス氷表面上でのH2のオルソ-パラ変換速度を測定する実験をおこない，オルソ-パラ変換速度は9-12Kで明瞭な温度依存性を示し，高温ほど転換速度が大きくなることが明らかになった．
光化学反応実験装置を用いて，不純物を含む氷（H2O, CO, CH3OH, NH3）への紫外線照射による有機物生成実験を行っている．生成された有機物を，各種顕微鏡を用いて観察し，分子雲有機物は平坦な構造を，低密度雲有機物はポーラスな構造を示していることを明らかにした．さらに，有機物の粘弾性測定にも成功した．また，アモルファス氷に吸着したCOへの真空紫外光照射によって誘起されるのCO2生成反応について研究を行い，COの吸着状態によってCO2生成効率が異なることを明らかにした．さらに，紫外線を照射したアモルファスH2O氷を透過型電子顕微鏡で観察し，50-140Kの広い範囲で粘性の大きな液体になっていることを見出した．この結果は，氷は136K以下の温度では固体と思われてきた常識に反する結果で，非常に意義のある成果である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した通り，極低温超高真空透過型電子顕微鏡による構造観察,光化学反応実験の定常的遂行，光化学反応の素過程解明は，おおむね計画通り実施できた．
アモルファス氷表面上でのH2のオルソ-パラ変換速度を測定する実験をおこない，オルソ-パラ変換速度は9-12Kで明瞭な温度依存性を示し，高温ほど転換速度が大きくなることが明らかにした成果は，これまでの考え見直す必要があることを示す画期的なものである．
光化学反応実験装置を用いて行った有機物の構造・物性測定実験は，有機物の構造・物性を系統的に調べた初めてのもので，論文発表直後のダウンロード数が非常に多く，非常に関心の高い成果が得られたと考えている．
紫外線を照射したアモルファスH2O氷を透過型電子顕微鏡で観察し，50-140Kの広い範囲で粘性の大きな液体になっていることを見出した結果は，氷は136K以下の温度では固体と思われてきた常識に反する結果で，非常に意義のある画期的な成果である． 以上のことから，研究は，「当初の計画以上に進展している」と考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には，当初の計画通り研究を推進していくことで，研究目的を十分に達成できると考えている．アモルファス氷表面原子反応実験，原子間力顕微鏡による氷表面構造観察，極低温超高真空透過型電子顕微鏡による氷の構造の研究，光化学反応の素過程解明，新規分子の実験室分光実験では，これまで通りの態勢で研究を推進していく．
平成27-28年度に，不純物を含む氷（H2O, CH3OH, NH3）および純粋なH2O氷への紫外線照射後に基板の温度を上昇させる過程で，広い温度範囲での過冷却液体の出現が発見された．平成29年度には，それを異なる手法で確認するために，粘弾性の直接測定実験をおこなう．
光化学反応で生成された有機物の分析では，元素組成分析による測定，同位体組成分析（元素分析-質量分析法，2次イオン質量分析法による）を重点的に推進していきたい．
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[Journal Article] Evolution of morphological and physical properties of laboratory interstellar organic residues with ultraviolet irradiation2017
Author(s)
Piani L., Tachibana S., Hama T., Tanaka H., Endo Y., Sugawara I., Dessimoulie L., Kimura Y., Miyake A., Matsuno J., Tsuchiyama A., Fujita K., Nakatsubo S., Fukushi H., Mori S., Chigai T., Yurimoto H. and Kouchi A.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 837
Pages: 11pp
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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