2021 Fiscal Year Research-status Report
Noble gas isotope analysis for individual presolar grain to study environment of interstellar material
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20K04036
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
馬上 謙一 北海道大学, 理学研究院, 助教 (70624758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 教行 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50770278)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 希ガス同位体 / プレソーラー粒子 / AGB星 / 恒星風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プレソーラー炭化ケイ素(SiC)は炭素星やAGB星の星周で形成したと考えられている. これらの星では太陽系とは異なる核反応が進行しているため，太陽系とは異なる同位体組成を持つ．またこれらの星周で形成したSiCは高エネルギー粒子を含む恒星風や星間での銀河宇宙線が照射されていると考えられる．SiCに残されている恒星風起源希ガスの深さ方向のプロファイルは恒星風のエネルギーを反映していると考えられる．本研究では同位体ナノスコープを用いたプレソーラーSiC中のHe測定を行い，深さ方向の分布を測定した．
プレソーラーSiCはMurchison 隕石から抽出したKJGグループを用いた．
SiCスタンダード基盤を用いて，He-4， C-12，13， Si-28, 29, 30が定量できるような同位体ナノスコープの分析条件を確立した．そして，KJG粒子の深さ方向分析によってHe-4の深さ方向の分布を見積もることができた．KJGのHe-4深さ方向分析の結果，主要元素であるSiとCはスタンダードと同様のイオン強度が一定なプロファイルが得られた．そして， He-4もKJGから検出され，更に，深さ方向に分布が見られた．これは恒星風がHeイオン注入されていることを示唆しており，初めて実験的に太陽系外の恒星風を検証する手法を提示することができた．
現在の同位体ナノスコープでの炭素・シリコン同位体比測定精度はプレソーラーSiCが持っている同位体異常と同程度であることがわかった．SiとCの同位体は，SiCが形成した恒星の化学組成や大きさに依存しているため，SiCの形成環境を知る重要な手掛かりとなる．そのため，SiCの起源決定には，CAMECA ims-1280HR を用いた高精度Si，C同位体比測定を行うことにした．
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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
現在試料としているプレソーラーSiCは多様な形態を持っていることが走査型電子顕微鏡（SEM）観察により明らかになった．観察の結果，本研究では大きく4種に分類することができた．１．結晶面が観察できる粒子；２．規則的な幾何学模様が観察できる粒子；３．nmスケールの微粒子の集合体；4．粒子にくぼみが観察できるもの，そして上記4種に当てはまらない粒子，であった．
同位体ナノスコープでの同位体分析再現性を評価した．スタンダード試料として，He-4を注入したSiC基盤を用いた．これを用いて10回の深さ方向分析を行った．その結果，C-12/C-13比が50％（1σ），Si-29/Si-28，Si-30/Si-28比がそれぞれ10％，15%（1σ）となった．この分析再現性はプレソーラーSiCの同位体異常と同程度であり，今後分析再現性の向上を目指す．プレソーラーSiCの形成環境を議論するためには炭素同位体比で10%，シリコン同位体比で5%以下にすることが必要である．そこで，今後の炭素・シリコン同位体比測定にはims-1280HRを用いる．また，He，Neの同時測定に向け，He-4，Ne-20を共注入したSiC基盤を作成し，深さ方向分析を行い，HeとNeの深さ方向プロファイルを取得できることを確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，同位体ナノスコープでHe，C，Si同位体測定した粒子に対し，CAMECA ims-1280HR を用いた高精度Si，C同位体比測定を行い，それぞれの粒子の起源を明らかにすると共に宇宙線照射起源希ガスの有無および恒星風照射の履歴を解析していく．
プレソーラーSiCのHeの深さ方向分析は成功したので，これからはNe同位体とHe-3もターゲットとして分析を進める．そのために，He-4，Ne-20を共注入したSiC基盤を用い，同位体ナノスコープでの分析条件を決定し，追加する微量同位体が妨害イオンに重なっていないかを確認する．また，それぞれの同位体のバックグラウンドレベルを測定する．
He-3やNe-21は宇宙線照射起源の核種であるため，星間空間での滞在時間の推定に役立つ．また，プレソーラーSiC中のHe-3とNe-21は検出したイオンほぼすべてが宇宙線照射起源HeおよびNeとして扱うことができ，年代測定を行うことができる．また，Ne-20はHe-4と同様の捕獲プロセスである可能性が高いため，どのような恒星風を受けてきたかを知るための手掛かりになる．CAMECA ims-1280HR を用いたSi，C同位体比測定によって，それぞれの粒子の起源を知り，希ガス同位体の定量をすることで，プレソーラーSiCが形成した時の環境から，星間に飛び出して太陽系に取り込まれるまでの時間スケールをそれぞれの粒子1粒ごとに決めることができる．
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| Causes of Carryover |
年度末に実験用品を購入する予定だったが，使用することがなく次年度に使用することにした．使用計画は，今年度の実験用品の購入に充てる予定である．
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