2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K03689
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 今日子 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (70377993)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙ダスト / 核生成 / アモルファス / 凝縮 / 水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙環境で宇宙ダストがどのような状態で生成し、進化するのかは相変化の初期に起こる核生成過程が鍵となる。これまで我々は気相からの凝縮核生成および結晶化のMD計算を温度、圧力、系の大きさのなどの広い範囲で行い、非晶質相から結晶相への相変化を詳細に調べてきた。これらの研究や近年の実験結果によって、宇宙環境で考えられるような温度が3重点よりも低い状況においても、凝縮時にはじめにできる臨界核は非常に小さくなり、凝縮相は準安定な液相である可能性が高いことが分かってきた。凝縮物が急冷して固化しアモルファス相になるか、または結晶化するかは冷却条件により決まると考えられる。このような多段階核生成は宇宙で普遍的に起きる可能性がある。そこで本年度はアモルファス相からの結晶化問題に関連し、過冷却水滴の結晶化過程を調べた。過冷却水滴内における結晶化核生成と結晶成長を同時に解き、結晶化の振る舞いについて調べ結晶化温度や粒子内の結晶核の個数等について定量的に求め、これまで過冷却水滴について調べられた多数の結晶化実験データと比較した。本結果は従来の多くの過冷却水滴の結晶化温度の実験結果を統一的に良く説明し、また本モデルは、アモルファス化（ガラス化）する臨界冷却速度も予言できる(Tanaka and Kimura, 2019)。本研究で構築したモデルは宇宙ダストに普遍的に存在するアモルファス相の起源やさまざまな宇宙環境での結晶化に適用可能である。
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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
平成30年度は宇宙の主要物質である水についての研究が進んだ。凝縮・結晶化過程を記述できる理論モデルを構築し、従来の多くの過冷却水滴の結晶化温度の実験結果を統一的に良く説明することに成功し、国際雑誌に掲載された。本研究で構築したモデルは他の物質の宇宙環境での結晶化にも適用可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
核生成の分子動力学（MD)計算や理論的解析手法を用いていくつかの宇宙の主要物質の核生成過程を調べ、核生成率がどのように決まるのか、気相から固相への相変化の際に過冷却の液滴やアモルファス相を経るかどうかなどについて明らかにする。MD計算の結果と理論的解析からアモルファス化、結晶化の条件を導出する。最終的に宇宙のダスト生成問題を考える際に有効な凝縮・結晶化過程を扱うことができる理論モデルを整備し再構築する。求めた凝縮・結晶化を記述する理論モデルを超新星爆発や赤色巨星などでのダスト生成や、原始惑星系円盤中での加熱過程などに適用する。
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| Causes of Carryover |
コンピュータ周辺機器などの物品費が当初の見積もりより小さかったため、次年度使用額が生じたが、次年度のコンピュータ周辺機器の物品費に使用する予定である。
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