星間ダストの物性理解への実験的及び観測的挑戦

• 研究課題/領域番号: 16H05997
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 左近 樹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70451820)
• 研究協力者: 遠藤 いずみ
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
• キーワード: 星間有機物 / 赤外線天文学 / 実験天文学 / 国際宇宙ステーション / 星間ダスト / Origins Space Telesxope / Thirty Meter Telescope / 宇宙暴露実験 / 赤外線 / ダスト / 星間物質 / ダスト合成実験 / 未同定赤外バンド / 新星 / 星間化学 / 宇宙曝露実験 / きぼう実験棟 / 面分光 / 宇宙空間

研究成果の概要

本研究では、ダスト合成・変性実験と赤外線天文観測に基づき、新星や終焉を迎える大質量星で作られる有機物の物質理解を目指す。特に、国際宇宙ステーションを用いた宇宙曝露実験を通じて星間有機物の一生の理解を目指す研究を行なった。まず、2.45GHzマイクロ波電源を用いたプラズマ急冷凝縮の手法により、新星周囲で合成される有機物と酷似する窒素含有炭素質物質の合成に成功した。また、宇宙曝露実験からは、回収後の実験試料に炭素質隕石物質中の不溶性有機物と類似する特徴を見いだした。また、得られた知見を反映させながら、次世代の赤外線衛星／大型望遠鏡ミッションのサイエンス検討活動や装置仕様策定を行なった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、宇宙ダストおよび宇宙に存在する有機物の物性理解および起源と進化の一生の理解に焦点を当てた研究である。特に昨今の系外惑星研究の進展に伴い、有機物がいかに太陽系にもたらされ、生命活動と関係するかなどは、次世代の天文学における重要な研究テーマである。本研究結果は、それらに対して、ダストや有機物の合成実験と分析に基づき明確な物質情報を与え、将来の赤外線天文学や系外惑星研究の解釈の根拠となる基礎データとなる。同時に、本研究を通じて、日本が国際的な責務として担当すべき次世代の国際天文学ミッションへの寄与を担った。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center/Space Telescope Science Institute(米国)
• [国際共同研究] Tezpur University/Banaras Hindu University(インド)
• [国際共同研究] NASA Ames Research Center/NASA SOFIA Science Center/California Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] NASA/Ames Research Center/NASA/GSFC(米国)
• [国際共同研究] University of Texas at San Antonio/University of California, Davis/University of Hawaii(米国)
• [国際共同研究] Tezpur University/Tata Institute of Fundamental Research(インド)
• [雑誌論文] 炭素質ダストの宇宙曝露実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹, 遠藤 いずみ, 池内 綾人, 尾中 敬, 木村 勇気, 木村 誠二, 和田 節子, 中村 正人, 市村 淳, 小川 奈々子, 大河内 直彦, 稲富 裕光
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌 巻: 66 号: 12 ページ: 381-387
  • DOI: 10.14822/kjsass.66.12_381
  • NAID: 130007534708
  • ISSN: 0021-4663, 2424-1369
  • 年月日: 2018-12-05
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) for the Origins Space telescope (OST) (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakon, I., Roellig, T. L., Ennico-Smith, K., Matsuo, T., Ikeda, Y., Yamamuro, T., Fujishiro, N., Enya, K., Takahashi, A., Wada, T., Guyon, O., Kotani, T., Nishikawa, J., Murakami, N., Sarugaku, Y., Burgarella, D.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10698 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2314177
  • NAID: 120006827313
  • URL: https://pure.teikyo.jp/en/publications/8676f893-a20e-4733-af4d-23859a82e364
  • 国際共著
• [雑誌論文] A highly stable spectrophotometric capability for the Origins Space Telescope (OST) mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuo, T. Greene, T. Roellig et al.
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 10698 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1117/12.2311896
  • 国際共著
• [雑誌論文] PIAA coronagraph for Origins Space telescope (OST) mid-infrared imager, spectrometer, coronagraph (MISC) instrument (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujishiro, N.、Sakon, I.、Enya, K.、Guyon, O.、Nishikawa, J.、Murakami, N.、Kotani, T.、 Tamura, M.,、Takahashi, A.、Roellig, T. L.、Ennico-Smith, K.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10706 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1117/12.2313066
  • URL: https://pure.teikyo.jp/en/publications/7fc0edb7-103e-465f-bb2a-444f2959770a
  • 国際共著
• [雑誌論文] The key science drivers for MICHI: a thermal-infrared instrument for the TMT (2018)
  • 著者名/発表者名: Packham, C., Honda, M., Chun, M., Sakon, I., Richter, M.,Okamoto, Y., Kataza, H., Marois, C., Meyer, M., Puravankara, M., Birkby, J., Crossfield, I., Curry, T., Greathouse, T., Herczeg, G., Ichikawa, K., Inami, H., Imanishi, M., Lopez-Rodriguez, E.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10702 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1117/12.2313967
  • 国際共著
• [雑誌論文] The Origins Space Telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: Battersby, C., et al.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 2 号: 8 ページ: 596-599
  • DOI: 10.1038/s41550-018-0540-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Properties of Infrared Emission of Novae Detected in AKARI All Sky Survey (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakon, I., Shimamoto, S., Onaka, T., Osawa, R., Ishihara, D., Usui, F., Ootsubo, T., Doi, Y.
  • 雑誌名: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 281-284
  • NAID: 120006827356
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Infrared property of nitrogen-included carbonaceous dust produced via microwave discharge and its comparison with the observed unidentified infrared (UIR) bands (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo, I., Sakon I., Onaka, T., Kimura, S., Wada, S., Ogawa, N., Ohkouchi, N., Yabuta, H.,
  • 雑誌名: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 305-308
  • NAID: 120006827362
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Mid-Infrared Imager, Spectrometer, Coronagraph (MISC) for the Origins Space Telescope (OST) (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakon, I., Roellig, T. L., Ennico-Smith, K., Matsuo, T., Ikeda, Y., Yamamuro, T., Fujishiro, N., Enya, K., Takahashi, A., Wada, T., Guyon, O., Kotani, T., Nishikawa, J., Murakami, N., Sarugaku, Y., Burgarella, D.
  • 雑誌名: JAXA Special Publication: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive: from galaxies and stars to planets and life 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 67-70
  • NAID: 120006827313
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Properties of Infrared Emission of Novae Detected in AKARI All Sky Survey (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon, Sayaka Shimamoto, Takashi Onaka et al.
  • 雑誌名: JAXA Special Publication 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 281-284
  • NAID: 120006827356
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Infrared property of nitrogen-included carbonaceous dust produced via microwave discharge and its comparison with the observed unidentified infrared (UIR) bands (2018)
  • 著者名/発表者名: Izumi Endo, Itsuki Sakon, Takashi Onaka et al.
  • 雑誌名: JAXA Special Publication 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 305-308
  • NAID: 120006827362
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 宇宙環境曝露による炭素質ダストの変性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹、池内綾人、遠藤いずみ、他
  • 雑誌名: 宇宙科学技術連合講演会講演集 巻: JSASS-2017
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Mid-Infrared Imager, Spectrometer, Coronagraph (MISC) for the Origins Space Telescope (OST) (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon, Thomas L. Roellig, Kimberly Ennico-Smith et al.
  • 雑誌名: JAXA Special Publication 巻: JAXA-SP-17-009E ページ: 67-70
  • NAID: 120006827313
  • 国際共著
• [雑誌論文] A trial production of a large format image slicer unit for a possible future mid-infrared instrument on the TMT (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakon, I., et al.
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9912 ページ: 99125T-99125T
  • DOI: 10.1117/12.2232781
  • 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sensitivity estimates for the SPICA Mid-Infrared Instrument (SMI) (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakon I., et al.
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9904 ページ: 99043V-99043V
  • DOI: 10.1117/12.2232402
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Mission Concept Studies for the 2020 Decadal Survey ; Origins Space Telescope (OST) Final Mission Concept (2019)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] MISC Instrument (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: ‘From First Stars to Life: Science with the Origins Space Telescope’
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The study of Mid-Infrared Imager and Spectrometer (MISC) for Origins Space Telescope (OST) Mission Concept 2 (2018)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会
• [学会発表] Space Exposure Experiment of Laboratory-Synthesized Carbonaceous Solids using ISS/KIBO/ExHAM; Project Overview (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: 42nd COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙環境曝露実験によって探る炭素質星間塵の性質 (2018)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 宇宙環境曝露実験によって探る炭素質星間塵の性質 (2018)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会２０１８年春季年会
• [学会発表] 窒素含有炭素質ダストの合成実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠藤いずみ
  • 学会等名: 日本天文学会２０１８年春季年会
• [学会発表] Mission Concept Studies for the 2020 Decadal Survey ; The study of Mid-Infrared Imager, Spectrometer, Coronagraph (MISC) for Origins Space Telescope (OST) (2017)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会２０１７年秋季年会
• [学会発表] Properties of Infrared Emission of Novae Detected in AKARI All Sky Survey (2017)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive : from galaxies and stars to planets and life
  • 国際学会
• [学会発表] Mid-Infrared Imager, Spectrometer, Coronagraph (MISC) for the Origins Space Telescope (OST) (2017)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: The Cosmic Wheel and the Legacy of the AKARI archive : from galaxies and stars to planets and life
  • 国際学会
• [学会発表] 国際宇宙ステーション「きぼう」利用 簡易曝露実験装置ExHAMを利用した炭素質ダストの宇宙曝露実験 (3) (2017)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学 (福岡県 福岡市)
• [学会発表] Mission Concept Studies for the 2020 Decadal Survey; Origins Space Telescope (2017)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学 (福岡県 福岡市)
• [学会発表] QCCプロジェクト進捗報告～曝露実験試料の現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹、他
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 函館アリーナ(北海道 函館市)
• [学会発表] 国際宇宙ステーション「きぼう」利用 簡易曝露実験装置ExHAMを利用した炭素質ダストの宇宙環境曝露実験 (2) (2016)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学(愛媛県 松山市)
• [備考] The MISC for Origins Space Telescope
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc.html
• [備考] 「きぼう」利用 一般区分 科学研究テーマ 「炭素質固体微粒子の宇宙風化と有機物進化の実証研究」
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/QCC/index.html
• [備考] 2019年度Tanpopo2 曝露実験サンプル(QCC型)
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/QCC/index_tanpopo2_qcc-type.html
• [備考] The MIR Imager Spectrometer Coronagraph for OST
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc.html
• [備考] OST/MISC
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc.html
• [備考] Sensitivity Estimate for SPICA/SMI
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/SPICA/SENSITIVITY/index_smi.html