Understanding of the properties of interstellar dust based on laboratory experiment and infrared observations

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05997
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 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): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 実験天文学 / 星間有機物 / 星間ダスト / 国際宇宙ステーション / 宇宙暴露実験 / 赤外線

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、国際宇宙ステーション「きぼう」実験棟船外簡易曝露装置 ExHAM を用いたダストの宇宙環境曝露実験「炭素質ナノ粒子の宇宙風化と有機物進化過程の解明(QCC プロジェクト)」 を基軸とする実験的手法と、あかり衛星やすばる望遠鏡に搭載した中間赤外線観測装置を用いてダスト形成を伴う天体の赤外放射を調べる観測的手法によって、年老いた星の星周環境で凝縮するダストが星間空間に至るまでに被る変性過程を探り、星間ダストの真の姿を同定する事を目的とする研究を行った。本研究は、観測される星間物質の赤外放射スペクトルと銀河の星間物理環境の紐付けの精度を格段に上げ、次世代の赤外線天文学に於いて、SPICA, JWST, Origins Space Telescopeなど次世代の赤外線衛星ミッションや地上大型望遠鏡計画であるTMTに搭載される赤外線観測装置が星間物質の赤外スぺクトルの情報を利用して遠方宇宙、初期宇宙の物理環境を測量する手法の基礎を構築することに資するものである。本研究の結果、連星系をなす恒星の終焉期の爆発的質量放出現象である新星周囲で合成される有機物と極めて類似する赤外線特性を有する窒素含有炭素質物質の合成に成功した。さらに、急冷炭素質物質の宇宙暴露実験の結果から、宇宙暴露実験により炭素質隕石物質中に含まれる不溶性有機物とより類似した性質を獲得することを見出し、終焉期の恒星を起源とする有機物が、原始太陽系物質中の始原的な有機物に寄与し得るという仮説を提示するに至った。この検証のために新規に、窒素含有炭素室物質の宇宙暴露実験を提案し、2019年度の打ち上げを目指しタンポポ２ミッションの枠組みのもとで暴露実験試料の準備を完了させた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center/Space Telescope Science Institute(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center/Space Telescope Science Institute
• [Int'l Joint Research] Tezpur University/Banaras Hindu University(インド)
  • Country Name: INDIA
  • Counterpart Institution: Tezpur University/Banaras Hindu University
• [Journal Article] 炭素質ダストの宇宙曝露実験 (2018)
  • Author(s): 左近 樹, 遠藤 いずみ, 池内 綾人, 尾中 敬, 木村 勇気, 木村 誠二, 和田 節子, 中村 正人, 市村 淳, 小川 奈々子, 大河内 直彦, 稲富 裕光
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌 Volume: 66 Pages: 381-387
  • DOI: 10.14822/kjsass.66.12_381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) for the Origins Space telescope (OST) (2018)
  • Author(s): Sakon, I., Roellig, T. L., Ennico-Smith, K., Matsuo, T., Ikeda, Y., Yamamuro, T., Fujishiro, N., Enya, K., Takahashi, A., Wada, T., Guyon, O., Kotani, T., Nishikawa, J., Murakami, N., Sarugaku, Y., Burgarella, D.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 10698 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2314177
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] A highly stable spectrophotometric capability for the Origins Space Telescope (OST) mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) (2018)
  • Author(s): Matsuo, T., Greene, T., Roellig, T. L., McMurray, R. E., Johnson, R. R., Kashani, A., Goda, S., Ido, M., Ito, S., Tsuboi, T., Yamamuro, T., Ikeda, Y., Shibai, H., Sumi, T., Sakon, I., Ennico-Smith, K.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 10698 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1117/12.2311896
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] PIAA coronagraph for Origins Space telescope (OST) mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) instrument (2018)
  • Author(s): Fujishiro, N., Sakon, I., Enya, K., Guyon, O., Nishikawa, J., Murakami, N., Kotani, T., Tamura, M., Takahashi, A., Roellig, T. L., Ennico-Smith, K.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 10706 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1117/12.2313066
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] The key science drivers for MICHI: a thermal-infrared instrument for the TMT (2018)
  • Author(s): Packham, C., Honda, M., Chun, M., Sakon, I., Richter, M.,Okamoto, Y., Kataza, H., Marois, C., Meyer, M., Puravankara, M., Birkby, J., Crossfield, I., Curry, T., Greathouse, T., Herczeg, G., Ichikawa, K., Inami, H., Imanishi, M., Lopez-Rodriguez, E.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 10702 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1117/12.2313967
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Origins Space Telescope (2018)
  • Author(s): Battersby, C., et al.
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: 2 Pages: 596-599
  • DOI: 10.1038/s41550-018-0540-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Properties of Infrared Emission of Novae Detected in AKARI All Sky Survey (2018)
  • Author(s): Sakon, I., Shimamoto, S., Onaka, T., Osawa, R., Ishihara, D., Usui, F., Ootsubo, T., Doi, Y.
  • Journal Title: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life Volume: JAXA-SP-17-009E Pages: 281-284
  • Open Access
• [Journal Article] Infrared property of nitrogen-included carbonaceous dust produced via microwave discharge and its comparison with the observed unidentified infrared (UIR) bands (2018)
  • Author(s): Endo, I., Sakon I., Onaka, T., Kimura, S., Wada, S., Ogawa, N., Ohkouchi, N., Yabuta, H.,
  • Journal Title: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life Volume: JAXA-SP-17-009E Pages: 305-308
  • Open Access
• [Journal Article] Mid-Infrared Imager, Spectrometer, Coronagraph (MISC) for the Origins Space Telescope (OST) (2018)
  • Author(s): Sakon, I., Roellig, T. L., Ennico-Smith, K., Matsuo, T., Ikeda, Y., Yamamuro, T., Fujishiro, N., Enya, K., Takahashi, A., Wada, T., Guyon, O., Kotani, T., Nishikawa, J., Murakami, N., Sarugaku, Y., Burgarella, D.
  • Journal Title: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life Volume: JAXA-SP-17-009E Pages: 67-70
  • Open Access
• [Presentation] Mission Concept Studies for the 2020 Decadal Survey ; Origins Space Telescope (OST) Final Mission Concept (2019)
  • Author(s): 左近 樹
  • Organizer: 日本天文学会2019年春季年会
• [Presentation] MISC Instrument (2018)
  • Author(s): Itsuki Sakon
  • Organizer: ‘From First Stars to Life: Science with the Origins Space Telescope’
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The study of Mid-Infrared Imager and Spectrometer (MISC) for Origins Space Telescope (OST) Mission Concept 2 (2018)
  • Author(s): 左近 樹
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会
• [Presentation] Space Exposure Experiment of Laboratory-Synthesized Carbonaceous Solids using ISS/KIBO/ExHAM; Project Overview (2018)
  • Author(s): Itsuki Sakon
  • Organizer: 42nd COSPAR Scientific Assembly
  • Int'l Joint Research
• [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
  • Organizer: 日本天文学会2018年春季年会
• [Remarks] The MISC for Origins Space Telescope
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc.html
• [Remarks] 「きぼう」利用 一般区分 科学研究テーマ 「炭素質固体微粒子の宇宙風化と有機物進化の実証研究」
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/QCC/index.html
• [Remarks] 2019年度Tanpopo2 曝露実験サンプル(QCC型)
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/QCC/index_tanpopo2_qcc-type.html