Demonstration of impact coalescence process of silicate particles in photo-planetary disks

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 21H00052
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: 門野 敏彦 産業医科大学, 医学部, 教授 (60359198)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: サブミクロン粒子 / 衝突過程 / 合体成長 / 原始惑星系円盤

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は，秒速数十ｍから数百ｍで衝突するサブミクロン微粒子の付着過程の検証である．これまでに微粒子集合体を作成しガス銃によって加速，衝突速度の測定技術の開発を行い，ほぼ確立されている．さらに，本研究課題を進める上で十分な性能を持つ卓上型電子顕微鏡を本研究課題の補助金内で購入可能になったため，令和３年度は当初は購入予定ではなかった卓上型電子顕微鏡を購入した．これまでは，微粒子集合体を標的に衝突させた後，標的を回収して申請者が所属する機関で共同利用できる電子顕微鏡を使って観察を行っていたが，性能はよいものの，マシンタイムの制限があること，課金されること，さらにはコロナ禍により閉鎖されていたことなどにより，迅速な観察を高い頻度で行うことができていなかった．卓上電子顕微鏡の導入により，時間的な制約なくその場で観察を行うことができるようになり，研究効率が格段に上がった．現在，同じ衝突速度でもサイズによって付着状態がまったく異なること，金属粒子は大きく変形して付着していること，などがわかっている．また，付着強度測定方法の開発にも着手しており，今後，様々なサイズ，組成の微粒子をガス銃で衝突させたときの付着強度を定量化することを目指す．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度までは，コロナ禍により利用していた申請者が所属する機関の電子顕微鏡が使えなくなるなどの理由で進捗が遅れ気味であったが，令和３年度に導入した卓上型電子顕微鏡により，衝突後の微粒子の様子を時間的な制約なくその場で観測できるようになったため，遅れを取り戻しつつある．

Strategy for Future Research Activity

現在，付着強度測定方法の開発にも着手している．ガス銃による衝突実験後，試料を回収し，電子顕微鏡で観察，付着強度測定のために試料に一定の応力を付加，電子顕微鏡で付着しているかどうか観察，更に強い応力の付加，観察，という手順を繰り返し，付着力を決定する．応力のかけかたなどの技術を確立させ，様々なサイズ，組成の微粒子をガス銃で衝突させたときの付着強度を定量化することを目指す．

Research Products

• [Journal Article] Resurfacing processes on asteroid (162173) Ryugu caused by an artificial impact of Hayabusa2's Small Carry-on Impactor (2021)
  • Author(s): R. Honda, M. Arakawa, Y. Shimaki, K. Shirai, Y. Yokota, T. Kadono, K. Wada, K. Ogawa, K. Ishibashi, N. Sakatani, S. Nakazawa, M. Yasui, T. Morota, S. Kameda, E. Tatsumi, Ma. Yamada, T. Kouyama, Y. Cho, M. Matsuoka, H. Suzuki, et al.
  • Journal Title: Icarus Volume: 366 Pages: 114530～114530
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Size of particles ejected from an artificial impact crater on asteroid 162173 Ryugu (2021)
  • Author(s): Wada K.、Ishibashi K.、Kimura H.、Arakawa M.、Sawada H.、Ogawa K.、Shirai K.、Honda R.、Iijima Y.、Kadono T.、Sakatani N.、Mimasu Y.、Toda T.、Shimaki Y.、Nakazawa S.、Hayakawa H.、Saiki T.、Takagi Y.、Imamura H.、Okamoto C.、Hayakawa M.、Hirata N.、Yano H.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 647 Pages: A43～A43
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202039777
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental study concerning the oblique impact of low- and high-density projectiles on sedimentary rocks (2021)
  • Author(s): Suzuki Ayako I.、Fujita Yoichi、Harada Shunya、Kiuchi Masato、Koumoto Yasunari、Matsumoto Eri、Omura Tomomi、Shigaki Sae、Taguchi Erine、Tsujido Sayaka、Kurosawa Kosuke、Hasegawa Sunao、Hirai Takayuki、Tabata Makoto、Tamura Hideki、Kadono Toshihiko、Nakamura Akiko M.、Arakawa Masahiko、Sugita Seiji、Ishibashi Ko
  • Journal Title: Planetary and Space Science Volume: 195 Pages: 105141～105141
  • DOI: 10.1016/j.pss.2020.105141
  • Peer Reviewed