星の周りにおけるシリケイト粒子形成に関する予察実験

Research Project

Project/Area Number	15654072
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	永原裕子東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80172550)
Project Period (FY)	2003 – 2004
Project Status	Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help	¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000) Fiscal Year 2004: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000) Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Keywords	凝縮 / フォルステライト / ガス / 表面 / 結晶成長 / 太陽系進化 / 星周 / 末期星 / ダスト / 実験 / 粒子形成
Research Abstract	本研究においては、星周環境においてもっとも多量に形成されると考えられるケイ酸塩物質の凝縮をめざした。前年度に続き、フォルステライトを蒸発源とし、高温で発生したガスを低温部分で凝縮させる実験を行った。その結果、広い温度範囲に渡り、結晶質フォルステライトの凝縮がおこった。但しその温度範囲(600-200℃)は、ガス温度(17007C)に対して著しく低温である。600℃以上では、Mg, SiOガス分圧は十分な過飽和状態にあるにも関わらず、凝縮がおこらなかったということは、比較的高温におけるカイネティックバリアが大きいことを示している。一方低温においては、温度に関わらず結晶質フォルステライトの凝縮が進行したということは、結晶化はこの反応の主要な律速過程ではないことを示している。結晶質物質の凝縮に関しては、ガス分子の固体表面への付着、表面拡散、キンクサイトへの組み込み、結晶構造の形成、という素過程が考えられ、それぞれの素過程が活性化エネルギーをもつ反応であると考えられる。本実験の結果は、ガス分子の表面への付着が大きな活性化エネルギーをもつ過程であることを示している。多成分系の結晶質物質の結晶成長は、いまだ理論の確立していない分野であり、また実験結果も乏しく、本研究の結果はきわめて重要なデータを提供するものといえる。本研究の結果を星周環境における固体物質の形成過程に応用すると、初期太陽系の空間ではより高温において難揮発性物質がすでに凝縮しているため、Mg, Si成分の凝縮は基板存在下における過飽和状態の凝縮と近い条件となり、本予察実験と類似した環境であることが予想される。すなわち、結晶質固体が効果的に形成されるということになる。結晶質ダストが形成されるとすると、ディスク内の輻射に対し透明となり、温度構造が均一となる。今後の系統的な実験により、成長タイムスケールが決定できると予想され、太陽系の進化における結晶質粒子形成が定量的に予想できる可能性が示された。