2015 Fiscal Year Annual Research Report
生命素材物質のルーツを宇宙に探る：天文学と分光学の融合
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15H03646
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
大石 雅寿 国立天文台, 天文データセンター, 准教授 (00183757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣田 朋也 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (10325764)
野村 英子 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20397821)
尾関 博之 東邦大学, 理学部, 教授 (70260031)
小林 かおり 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (80397166)
齋藤 正雄 国立天文台, 野辺山宇宙電波観測所, 准教授 (90353424)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電波天文学 / 分子分光 / アストロバイオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分光チームは、本科研費で購入した周波数逓倍器を組み込んで分光実験を実施した。その結果、最も簡単なアミノ酸であるグリシンの前駆体の一つであるヒダントイン、また、五員環であるイソキサゾールの世界初のミリ波スペクトル測定に成功した。これに加え、HCOO13CH3のマイクロ波分光の結果を用いてそのねじれ振動第2励起状態の帰属に成功した。これらの成果により、今後のヒダントインの星間空間における探査が可能となった。ヒダントインやイソキサゾールはいずれも五員環であり、これまでに宇宙空間でその存在は知られていない。これらの五員環分子が今後計画する宇宙空間における探査によって発見されれば、核酸塩基であるアデニン等には五員環が含まれていることから、宇宙空間においても核酸塩基が生成される可能性が高まる。
観測・理論チームは、宇宙空間におけるグリシンの生成経路を明確にするための観測結果の解釈を進め、前駆体の一つであるメチレンイミンの主たる生成は気相で起きることが明らかになった。さらに、グリシンの直接の前駆体であるメチルアミンは星間塵表面反応で生成されるものが主であることも明らかになった。これらの結果は、査読論文としてまとめ、Astrophysical Journal誌への採録が決まった。ALMAを用いたグリシン探査は、観測提案をcycle 3公募に提出したものの採択には至らなかった。2016年のcycle 4公募に再び提出することとしている。さらに、ALMAにより原始惑星系円盤からの13COおよびC18O輝線を観測し、円盤中のCOガス量を測定した結果、COガスがスノーラインの内側でも非常に少ないことを明らかにした。これは、COがダスト表面反応により、有機分子など、より大きく蒸発しにくい分子になり、ダスト表面に留まっている可能性を示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3年計画の1年次の大きな目標の一つは、生命素材物質のミリ波分光実験を行うことによりその後の星間探査の準備を整えることであった。グリシン前駆体と考えられるヒダントインやイソキザゾールのミリ波分光に世界で初めて成功したことは特に大きな進展である。これらの物質はいずれも五員環であり、これまでに宇宙空間でその存在は知られていない。これに加え、HCOO13CH3のマイクロ波分光の結果を用いてそのねじれ振動第2励起状態の帰属に成功した。
観測的研究においては、グリシン前駆体の一つと考えられるメチレンイミン (CH2NH) の生成過程に関する詳細な検討を行い、これまで言われていた星間塵表面反応ではCH2NHはメチルアミン (CH3NH2) になってしまうこと、従って、星間分子雲で観測されるメチレンイミンは気相反応によって生成されることを明らかにできた。一方これは、グリシン前駆体であるメチルアミンが青酸（HCN) への水素付加反応など、ほぼすべての星間分子雲で起こりえる機構により生成されることを意味し、宇宙のアミノ酸が広範囲に存在し得ることを示唆する。この結果は既に査読論文にまとめ、Astrophysical Journal誌への掲載が決定している。しかし、ALMAによるグリシン探査のための観測提案は不採択であった。平成28年度に再度挑戦する予定である。
これらの研究成果を含め、平成27年度に出版した査読論文は21編、招待講演数は9回など多くの成果が上がった。しかし、予定したALMAによるグリシン探査は平成28年度に再挑戦となった。
これらを総合し、自己評価は「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果に基づいて以下の研究を実施する。
(1)理論チーム：化学反応ネットワークで用いる反応速度定数の不確定性を減ずるには、高感度な観測結果との対比を通じて用いる反応や反応速度定数をさらに吟味する必要がある。そこで、本研究の目標である「星・惑星形成領域において生命素材物質が生成され得ることを立証すると共にその生成過程や存在条件を明らかにする」ために、観測チームが得た本研究期間内及び研究期間開始前に取得した全観測データとの詳細な対比を実施する。
(2)分光チーム：尾関は、平成27年度に成功したヒダントインのミリ波スペクトルの論文を完成させると共に、ピリミジン高周波側(>300GHz)の測定を開始する。後者は、アルマ望遠鏡による高感度観測にとって必須の測定である。また小林は、平成27年度に成功したイソオキサゾールの論文を完成させ、イミダゾルのミリ波スペクトルの測定を行う。これらの分光測定に基づいて、生命素材物質のミリ波スペクトルをデータベース化し、小林が運用しているToyama Microwave Atlasに登録し、世界に広く公表して研究に活用できるようにする。
(3)観測チーム：分光チームが新規に測定した周波数情報に基づき、野辺山45m大型電波望遠鏡、アルマ望遠鏡などを用いるアミノ酸や核酸塩基関連前駆体の星・惑星形成領における探査を継続し、それぞれの世界初の検出に挑戦する。一方、化学反応シミュレーションとの比較のためには、ガス温度、ダスト温度、密度、進化段階などが異なる天体における既知の物質（例：メチルアミン）や新検出物質の存在量を知ることが必須となる。この目的のために星形成領域や原始惑星系円盤の中から観測候補天体の選定を系統的に行い、各種前駆体の多天体探査を実施する。
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[Journal Article] Chemical evolution of the HC3N and N2H+ molecules in dense cores of the Vela C giant molecular cloud complex2016
Author(s)
Ohashi, S., Tatematsu, K., Fujii, K., Sanhueza, P., Quang, N. L., Choi, M., Hirota, T., Mizuno, N.
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 68
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] ALMA Observations of a Gap and a Ring in the Protoplanetary Disk around TW Hya2016
Author(s)
Nomura, Hideko; Tsukagoshi, Takashi; Kawabe, Ryohei; Ishimoto, Daiki; Okuzumi, Satoshi; Muto, Takayuki; Kanagawa, Kazuhiro D.; Ida, Shigeru; Walsh, Catherine; Millar, T. J.; Bai, Xue-Ning
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Journal Title
The Astrophysical Journal Letters
Volume: 819
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] ALMA Observations of the Transition from Infall Motion to Keplerian Rotation around the Late-phase Protostar TMC-1A2015
Author(s)
Yusuke ASO, Nagayoshi OHASHI, Kazuya SAIGO, Shin KOYAMATSU, Yuri AIKAWA, Masahiko HAYASHI, Masahiro N. MACHIDA, Masao SAITO, Shigehisa TAKAKUWA, Kengo TOMIDA, Koji TOMISAKA, and Hsi-Wei Yen
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 812
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spectral-line Survey at Millimeter and Submillimeter Wavelengths toward an Outflow-shocked Region, OMC 2-FIR 42015
Author(s)
Shimajiri, Yoshito; Sakai, Takeshi; Kitamura, Yoshimi; Tsukagoshi, Takashi; Saito, Masao; Nakamura, Fumitaka; Momose, Munetake; Takakuwa, Shigehisa; Yamaguchi, Takahiro; Sakai, Nami; Yamamoto, Satoshi; Kawabe, Ryohei
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Journal Title
The Astrophysical Journal Supplement Series
Volume: 221
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] ALMA Observations of the IRDC Clump G34.43+00.24 MM3: DNC/HNC Ratio2015
Author(s)
Sakai., T., Sakai., N., Furuya, K., Aikawa, T., Hirota, T., Foster, J. B., Sanhueza, P., Jackson, J. M., Yamamoto, S.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 803
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spectral Line Survey toward Young Massive Protostar NGC 2264 CMM3 in the 4 mm, 3 mm, and 0.8 mm Bands2015
Author(s)
Watanabe, Y., Sakai, N., Lopez-Sepulcre, A., Furuya, R., Sakai, T., Hirota, T., Liu, S. Y., Su, Y. N., Yamamoto, S.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 809
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Significant gas-to-dust ratio asymmetry and variation in the disk of HD 142527 and the indication of gas depletion2015
Author(s)
Muto, Takayuki; Tsukagoshi, Takashi; Momose, Munetake; Hanawa, Tomoyuki; Nomura, Hideko; Fukagawa, Misato; Saigo, Kazuya; Kataoka, Akimasa; Kitamura, Yoshimi; Takahashi, Sanemichi Z.; Inutsuka, Shu-ichiro; Takeuchi, Taku; Kobayashi, Hiroshi; Akiyama, Eiji; Honda, Mitsuhiko; Fujiwara, Hideaki; Shibai, Hiroshi
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 67
Pages: - -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 宇宙と生命と私たち2015
Author(s)
大石雅寿
Organizer
国立天文台 星・宇宙の日 ミニ講演会
Place of Presentation
国立天文台（三鷹市）
Year and Date
2015-10-23 – 2015-10-23
Invited
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[Presentation] Diagnosing Evaporation of Icy Planetesimals in Protoplanetary Disks2015
Author(s)
Nomura, Hideko; Ishimoto, Daiki; Nagasawa, Makiko; Tanaka, Kyoko K.; Miura, Hitoshi; Nakamoto, Taishi; Tanaka, Hidekazu; Yamamoto, Tetsuo
Organizer
IAU General Assembly, Meeting #29
Place of Presentation
Honolulu, Hawaii, USA
Year and Date
2015-08-03 – 2015-08-14
Int'l Joint Research
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