2020 Fiscal Year Research-status Report

プレソーラー粒子の化学反応から制約される原始太陽系円盤の物理化学条件

Research Project

Project/Area Number	19K23474
Research Institution	Japan Aerospace EXploration Agency
Principal Investigator	山本大貴国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 宇宙航空プロジェクト研究員 (00846868)
Project Period (FY)	2019-08-30 – 2022-03-31
Keywords	プレソーラー粒子 / 原始太陽系円盤 / 化学反応速度 / 円盤物理化学条件
Outline of Annual Research Achievements	太陽系誕生以前に形成された"プレソーラー粒子"の原始太陽系円盤での残存物理化学条件を制約するため、本年度では主にSiC粒子の蒸発反応や非晶質ケイ酸塩粒子とCOガスとの同位体交換実験に注目し実験をおこなった。 SiC粒子蒸発実験に関しては、原始太陽系円盤を模した低圧の水素・水蒸気混合ガス中での高温加熱条件を達成するため、既存の一気圧縦型管状炉を真空仕様に改造する形でおこない装置は問題なく使用できる状態となった。SiCの出発物質として(111) 面に強い配光性を持つCVD法により合成されたβ-SiC薄膜を使用した。温度1300度、全圧1 Pa, H2/H2O~100の条件で実験をおこなったところ、暗黄色透明であったβ-SiCは黒色の状態に変わり、電子顕微鏡での観察から表面構造の明らかな変化が観察された。表面でのSiO2膜の形成は確認されなかった。今後は異なる条件での実験結果を踏まえてSiC粒子の原始太陽系円盤での変成機構やその反応速度を推定する。プレソーラーケイ酸塩粒子の原始太陽系円盤での特異的な酸素同位体組成の消失に注目しておこなった非晶質ケイ酸塩粒子とCOガスとの酸素同位体交換実験に関しては、非晶質フォルステライト-低圧COガス間の酸素同位体交換速度は、同じ温度圧力条件での非晶質フォルステライト-H2Oガス間の酸素同位体交換速度 (Yamamoto et al., 2018, 2020) よりも約1-2桁小さいことがわかった。これにより原始太陽系円盤でのプレソーラーケイ酸塩粒子の特異的な酸素同位体組成が保持される条件は、非晶質フォルステライト-H2Oガス間の同位体交換速度により決定されることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason SiC粒子蒸発実験に使用する加熱炉が通常使用を開始するまでに多くの時間がかかってしまったことや、その他の実験に時間をとられてしまったことなどにより進捗状況はやや遅れていると感じている。今後は上記のような問題が解決されたことにより順調に研究がすすめることが出来ると予想する。
Strategy for Future Research Activity	多形アルミナ粒子と低圧水蒸気との酸素同位体交換の更なる実験をおこない、同位体交換速度を推定する。水蒸気圧を変化させた実験もおこない、同位体交換速度の水蒸気圧依存性を推定する。SiC粒子の蒸発実験に関しては、β-SiC粒子を原始太陽系円盤を模したH2/H2O比 (~1000) の混合ガス中の高温条件で加熱する。加熱後試料の質量変化から蒸発量・蒸発速度を推定する。H2/H2O比を変化させ、蒸発速度のH2/H2O比依存性を推定する。得られたプレソーラーアルミナ粒子・SiC粒子の化学反応時間スケールから、初期太陽系でプレソーラー粒子が消失する条件を推定し、円盤の物理化学条件を制約する。
Causes of Carryover	研究計画に少々遅れが生じたため、次年度は課題研究の最終的な成果を出すために残りの助成金を使用する。