2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18H05222
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山本 智 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80182624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大屋 瑶子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00813908)
坂井 南美 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (70533553)
相川 祐理 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40324909)
花輪 知幸 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (50172953)
廣田 朋也 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (10325764)
酒井 剛 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20469604)
渡邉 祥正 筑波大学, 数理物質系, 助教 (20586929)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 星形成 / 惑星系形成 / 星間物質 / 電波天文学 / 星間化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新しい恒星と惑星系が誕生する過程での物質進化の総合的理解は、太陽系の物質的起源の解明につながる重要な研究課題である。本研究では、我々が見出してきた太陽型原始星天体の化学組成の多様性について、その全貌と進化を、国際共同大型電波干渉計ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)をはじめとする先端電波望遠鏡を用いて探求した。具体的には、(1)太陽系原始星天体の化学組成の多様性の全貌の解明、(2)ALMAの最高解像度での観測による惑星系形成領域の物理・化学構造の詳細解明をはじめとする多くの研究に取り組んだ。また、これらと併行してデータ解析に必要な分子分光実験を進めた。
昨年度のわずか1年の研究でも上記の２点について大きな成果を挙げることができた。（1）については、一つの分子雲に属する原始星天体の無バイアス観測によって、飽和有機分子に恵まれるホットコリノ天体と、不飽和な炭素鎖分子に恵まれるWarm Carbon Chain Chemistry (WCCC)天体を両極端としてそれらの中間的な化学組成をもつ天体が多く存在することを示した。(2)では、太陽型原始星IRAS 15398-3359 およびB335について、ALMAによる高分解能観測で10－30天文単位スケールでの構造、運動、化学組成を明らかにした。その結果、惑星系のもとになる原始星円盤が「いつ、どのようにして」作られるのかという重要な問題について、重要な観測的知見を与えることができた。一方、分子分光実験においても、200 GHz帯での測定ができるようになり、CH3OHの広帯域のスペクトルの取得に成功した。
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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
本研究の目的は、太陽型原始星天体の化学組成の多様性の全貌と進化を探求することにある。その柱は、（1）化学的多様性の全貌の解明と（2）高分解能観測による惑星系形成領域の物理・化学構造の詳細解明でる。主な成果を以下に示す。
(1)については、単一口径望遠鏡を用いて、ペルセウス座分子雲にある原始星天体の化学組成の無バイアスサーベイ観測を行い、CCH/CH3OH比が天体ごとに2桁の範囲で大きくばらついていることを示した。CH3OH分子に恵まれるホットコリノ天体はクラスター形成領域に多く、CCH分子に恵まれるWCCC天体は分子雲の周辺部に見られた。このことから化学組成の多様性の一因として環境効果が考えられる。
(2)については、太陽型原始星IRAS 15398-3359においてSO分子の観測からケプラー回転をしている原始星円盤をALMAの観測で発見した。回転速度から原始星質量が0.007太陽質量と求められた。このことは、原始星進化の初期段階から、原始星と円盤が共進化していることを示す。また孤立した太陽型原始星B335 では、原始星近傍10天文単位に局在する有機分子をALMAの観測で検出し、そのような近傍においても化学組成が変化していることを明らかにした。
これらに加え、ALMAの観測公募において、我々が主導する大型観測プログラムFAUSTが採択された。これは13個の原始星天体の物理・化学構造を解明するもので、現在観測が進行中である。
また、理化学研究所に設置した放射型分子分光装置では測定を開始し、CH3OH分子の広帯域スペクトルの測定に成功した。一方、800－900 GHz帯での実験を加速するために、超伝導検出素子の開発をその分野の専門家である大阪府立大学の前澤裕之准教授と共同で進めることとし、必要な電子線描画装置の移設を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に採択されたALMAの大型プログラム（FAUST: Fifty au study of the chemistry in the disk/envelope system of Solar-like protostars）の解析を進める。すでにALMAでの観測は順調に進行しつつあり、70％以上のデータが届けられているので、それを国際共同チームで分担して解析する。特に、L1527, IRAS 15398-3359, CB68, L483(以上Class 0天体), Elias 29（Class I天体）に着目し、その化学組成分布の全貌を明らかにするとともに、円盤構造形成の物理過程との関連を調べる。その結果を、化学反応ネットワークシミュレーションの結果や、理論モデルと結果と比較し、化学組成分布の特徴の背景にある物理的要因を解明する。
FAUSTとともに、代表的天体についての高空間分解能観測のALMAデータを解析し、円盤構造の物理的、化学的特徴を10 天文単位スケールで解明する。そのため、ALMAの観測公募において、これまでの成果を踏まえて観測提案を積極的に行う。特に、硫黄を含む分子が化学的多様性の新しい「軸」となる可能性があることから、この点を中心に研究を展開する。
昨年度、理化学研究所で立ち上げた放射型ミリ波サブミリ波分光計を用いて、メタノールとその同位体種、ジメチルエーテルの200 GHz帯におけるスペクトル測定を進め、論文として出版する。また、今年度以降、300 GHz-500 GHz帯の測定が可能になるよう、超伝導受信機を整備する。また800 GHz帯からテラヘルツ帯への拡張のために超伝導ミクサの開発を進める。この開発を加速し、かつ高度化するために、高い技術をもつ大阪府立大学の前澤裕之准教授を研究分担者に加える。
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[Journal Article] Chemical Survey toward Young Stellar Objets in the Perseus Molecular Cloud Complex2018
Author(s)
Aya E. Higuchi, Nami Sakai, Yoshimasa Watanabe, Ana Lopez-Sepulcre, Kento Yoshida, Yoko Oya, Muneaki Imai, Yichen Zhang, Cecilia Ceccarelli, Bertrand Lefloch, Claudio Codella, Rafael Bachiller, Tomoya Hirota, Takeshi Ssakai, Satoshi Yamamoto
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Journal Title
The Astrophysical Journal Supplement Series
Volume: 236
Pages: 52（25ｐｐ）
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Deuterium Fractionation Survey Toward Protostellar Sources in the Perseus Molecular Cloud: HNC Case2018
Author(s)
Muneaki Imai, Nami Sakai, Ana Lopez-Sepulcre, Aya E. Higuchi, Yichen Zhang, Yoko Oya, Yoshimasa Watanabe, Takeshi Sakai, Cecilia Ceccarelli, Bertrand Lefloch, Satoshi Yamamoto
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 869
Pages: 51（26ｐｐ）
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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