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気相から凝縮するナノ粒子の赤外スペクトル"その場"測定から迫る、星周ダスト形成

研究課題

研究課題/領域番号 15J02433
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 天文学
研究機関北海道大学

研究代表者

石塚 紳之介  北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード核生成 / 星周ダスト / その場測定 / 自己組織化 / 赤外分光スペクトル / 均一核生成 / 赤外スペクトル / 微小重力実験
研究実績の概要

MoO3の核生成実験について報告する.核生成直後の成長過程における赤外分光スペクトル形状の変化を調べ,結晶学的に等価な面でのみ粒子が付着し,融合することを発見した.核生成した粒子に,気相中の分子が1つずつ取り込まれる気相成長を経て,針状の粒子が生成する.針状の粒子は対流中で,結晶の方位が揃った凝集,融合を経て,立方体の粒子へ成長することを発見した.気相からの核生成と成長が,従来の古典的な熱力学に基づいた単純なプロセスではなく,多様な生成経路を経てダストの成長が起こることを示した.
また,ケイ酸塩 (MgxFeySiOz) の核生成実験について報告する.ケイ酸塩鉱物は,最も豊富な難揮発性鉱物であり,太陽系の材料にもなる.本研究では,酸素のストイキオメトリーに着目し,酸素の不足した環境でのMgケイ酸塩の核生成,成長に10 umバンドのその場測定から迫った.酸素が十分に存在する環境では,100 nm以下程度の球形のフォルステライトが生成した.一方,酸素の不足した環境で生成したケイ酸塩は,2種類の自己組織化構造を示した.どちらも数 nmサイズの結晶から成り,透過型電子顕微鏡によって観察された結晶構造はエンスタタイトと合致した.酸素が十分に存在する環境で生成したケイ酸塩は9.7,10.8 umに現れる2つのピークが顕著であったのに対し,酸素の不足した環境で生成したケイ酸塩は,10.0,11.4 umにピークをもつバンド幅の広い,赤外吸収スペクトルを示した.後者の特徴は,彗星に観測される10 umバンドの特徴と類似している.これまではMg/Fe比が赤外スペクトルに与える影響が大きいと考えられていた.本研究は,生成雰囲気中の酸素がダストの形態と密接な関係があり,それによって赤外スペクトルが大きく変化することを新たに示した.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] Josef Stefan Institute(スロベニア)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-assembly of MoO3 needles in gas current for cubic formation pathway2017

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Shinnosuke、Kimura Yuki、Yokoi Satoki、Yamazaki Tomoya、Sato Rikako、Hama Tetsuya
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 9 号: 28 ページ: 10109-10116

    • DOI

      10.1039/c7nr02613g

    • NAID

      120006482569

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In Situ FT-IR Study on the Homogeneous Nucleation of Nanoparticles of Titanium Oxides from Highly Supersaturated Vapor2016

    • 著者名/発表者名
      Shinnosuke Ishizuka, Yuki Kimura, Tomoya Yamazaki
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 450 ページ: 168-173

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.06.036

    • NAID

      120006523703

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two-step Process in Homogeneous Nucleation of Alumina in Supersaturated Vapo2016

    • 著者名/発表者名
      Shinnosuke Ishizuka, Yuki Kimura, Tomoya Yamazaki, Tetsuya Hama, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 28 号: 23 ページ: 8732-8741

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.6b04061

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In- situ Infrared Measurements of Free-Flying Silicate during Condensation in the Laboratory2015

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka, S., Kimura, Y., Sakon, I.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 803 ページ: 88-88

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental results of sounding rocket S-520-30 and future plan2015

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y., Ishizuka,S., Nakatsubo,S., Sakon, I., Takeuchi, S., Inatomi, Y.
    • 雑誌名

      Balloon Symposium: 2015

      巻: 2015-11 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Time and spatial resolved IR spectroscopy for refractory nanoparticles in vapor2017

    • 著者名/発表者名
      Shinnosuke Ishizuka
    • 学会等名
      Dust and Ice Particles Spectroscopy and Scattering
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystallographically Favored Attachment of Just-Nucleated MoO3 Nanoparticles in Gas Current2017

    • 著者名/発表者名
      Shinnosuke Ishizuka, Yuki Kimura, Rikako Satoh, Tomoya Yamazaki, Tetsuya Hama
    • 学会等名
      JpGU-AGU Jouint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] In-situ IR measurement of homogeneous nucleation of alumina from supersaturated vapor on ground and under microgravity2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishizuka, Y. Kimura, T. Yamazaki, I. Sakon and Y. Inatomi
    • 学会等名
      18th International Conference on Crystal Growth & Epitaxy
    • 発表場所
      Nagoya Congress Center, Nagoya, Aichi
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 観測ロケットS-520-30号機を用いたアルミナとシリカの気相からの核生成実験2016

    • 著者名/発表者名
      木村 勇気、石塚 紳之介、山﨑 智也、田中 今日子、竹内 伸介、稲富 裕光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉県千葉市
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 微小重力下におけるアルミナ均一核生成過程の赤外スペクトルその場測定2016

    • 著者名/発表者名
      *石塚 紳之介、木村 勇気、山﨑 智也、左近 樹、稲富 裕光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ,千葉県千葉市
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 観測ロケットS-520-30号機を用いた宇宙ダストの再現実験2016

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、石塚紳之介、中坪俊一、斎藤史明、山﨑智也、左近樹、田中今日子、 竹内伸介、稲富裕光
    • 学会等名
      第30回宇宙環境利用シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所 (神奈川県,相模原市)
    • 年月日
      2016-01-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙ダストの形成過程の解明に向けたS-520観測ロケットによる微小重力実験2016

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、石塚 紳之介、中坪 俊一、斎藤 史明、山﨑 智也、左近 樹、竹内 伸 介、稲富 裕光
    • 学会等名
      第16回宇宙科学シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所 (神奈川県,相模原市)
    • 年月日
      2016-01-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 観測ロケットを用いた微小重力実験用装置の開発2015

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、中坪 俊一、斎藤 史明、石塚 紳之介、山﨑 智也、稲富 裕光
    • 学会等名
      第21回低温科学研究所技術部技術報告会
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所 (北海道,札幌市)
    • 年月日
      2015-12-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] S-520-30 号機の実験結果と今後の計画2015

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、石塚紳之介、中坪俊一、齋藤史明、山崎智也、左近樹、竹内伸介、稲 富裕光
    • 学会等名
      大気球シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所 (神奈川県,相模原市)
    • 年月日
      2015-11-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 気相中におけるナノ粒子均一核生成過程の赤外スペクトルその場測定2015

    • 著者名/発表者名
      石塚 紳之介,木村 勇気
    • 学会等名
      第45回結晶成長国内会議
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館 (北海道,札幌市)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] In-situ IR Measurement of Magnesium Bearing Silicate Nanoparticles Condensation via Homogeneous Nucleation2015

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka, S., Kimura, Y., Sakon, I.
    • 学会等名
      Silicate in Space
    • 発表場所
      ハイデルベルグ (ドイツ)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 準安定相を経る気相中でのナノ粒子均一核生成過程2015

    • 著者名/発表者名
      石塚 紳之介,木村 勇気
    • 学会等名
      第39回結晶成長討論会
    • 発表場所
      同志社大学びわこリトリートセンター (滋賀県大津市)
    • 年月日
      2015-09-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] In-situ IR Measurement of Oxide Nanoparticles Condensation Experiment for the Investigation of Astronomical Dust Formation2015

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka, S., Kimura, Y.
    • 学会等名
      ISPS-6/ITTW2015
    • 発表場所
      同志社大学 (京都府,京都市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Homogeneous Nucleation of Nanoparticles from Supersaturated Vapor Investigated by In-situ IR Measurement Experiment2015

    • 著者名/発表者名
      石塚 紳之介,木村 勇気
    • 学会等名
      地球惑星連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ (千葉県,千葉市)
    • 年月日
      2015-05-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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