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宇宙の水の核スピン温度がもつ意味の解明-星間雲から原始惑星系・彗星まで-

研究課題

研究課題/領域番号 16H06024
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 地球宇宙化学
研究機関北海道大学

研究代表者

羽馬 哲也  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (20579172)

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 *注記
24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円)
2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2016年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
キーワード星間塵 / 星間分子 / 核スピン温度 / アモルファス氷 / 核スピン異性体 / 彗星 / 原始惑星系円盤 / 星間分子雲 / 原子核スピン温度 / 星間雲
研究成果の概要

本研究では,星間塵を想定した表面反応によりH2O氷を10 Kの基板にその場で生成し,そこから光脱離(原始惑星系円盤で生じる過程を模擬),あるいは熱脱離(彗星コマを模擬)したH2O分子の核スピン温度を共鳴多光子イオン化法によって直接測定する実験をおこなった.結果として,10 KでH2O氷を作製したにもかかわらず,H2O氷から熱脱離もしくは光脱離したH2O分子の核スピン温度は高温極限(50 K以上.オルソ/パラ比は統計重率比である3)となり,H2O氷生成時の温度である10 K(オルソ/パラ比:0.3)にはならないことがわかった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで,宇宙の水(H2O)の核スピン温度は「H2O氷が星間塵の表面で生成したときの温度を反映している(生成温度計)」と考えられてきたが,本研究によって「H2Oの核スピン温度からはH2O氷の生成時の温度環境を知ることはできない(生成温度計ではない)」ことが明らかになった.この結果は,これまでのH2Oの核スピン温度の観測結果すべてを再解釈する必要があることを示している.今後本研究の成果に基づいて,宇宙でどのようにしてH2Oが生成したのかについて理解が進むことが期待される.

報告書

(3件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 7件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 9件、 招待講演 14件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Instituto de Estructura de la Materia(スペイン)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Stuttgart(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] 低温H2O氷の光分解と脱離に関する実験的研究2018

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也
    • 雑誌名

      原子衝突学会誌「しょうとつ」

      巻: 15 ページ: 4-21

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超高真空極低温透過型電子顕微鏡の開発─氷のその場観察をめざして─2018

    • 著者名/発表者名
      香内 晃、日高 宏、羽馬 哲也、木村 勇気、渡部 直樹、中坪 俊一、藤田 和之、新堀 邦夫、池田 正幸
    • 雑誌名

      日本雪氷学会誌「雪氷」

      巻: 80 ページ: 19-36

    • NAID

      40021451424

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorption Energies of Carbon, Nitrogen, and Oxygen Atoms on the Low-temperature Amorphous Water Ice: A Systematic Estimation from Quantum Chemistry Calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Shimonishi Takashi、Nakatani Naoki、Furuya Kenji、Hama Tetsuya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 855 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aaaa6a

    • NAID

      120007133924

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 10 Kの氷から光脱離する水の核スピン異性体比と宇宙の水の起源について2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也、香内 晃、渡部 直樹
    • 雑誌名

      Journal of the Vacuum Society of Japan

      巻: 60 号: 7 ページ: 264-274

    • DOI

      10.3131/jvsj2.60.264

    • NAID

      130005775741

    • ISSN
      1882-2398, 1882-4749
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast crystalline ice formation at extremely low temperature through water/neon matrix sublimation2017

    • 著者名/発表者名
      Hama Tetsuya、Ishizuka Shinnosuke、Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki、Kouchi Akira、Watanabe Naoki、Sugimoto Toshiki、Pirronello Valerio
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 号: 27 ページ: 17677-17684

    • DOI

      10.1039/c7cp03315j

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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] 星間塵表面における量子トンネル水素付加反応:その同位体効果と表面構造依存2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也、香内 晃、渡部 直樹
    • 雑誌名

      触媒

      巻: 59 ページ: 242-248

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid-like behavior of UV-irradiated interstellar ice analog at low temperatures2017

    • 著者名/発表者名
      Tachibana Shogo、Kouchi Akira、Hama Tetsuya、Oba Yasuhiro、Piani Laurette、Sugawara Iyo、Endo Yukiko、Hidaka Hiroshi、Kimura Yuki、Murata Ken-ichiro、Yurimoto Hisayoshi、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 3 号: 9

    • DOI

      10.1126/sciadv.aao2538

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In Situ Nondestructive Analysis of Kalanchoe pinnata Leaf Surface Structure by Polarization-Modulation Infrared Reflection?Absorption Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Hama Tetsuya、Kouchi Akira、Watanabe Naoki、Enami Shinichi、Shimoaka Takafumi、Hasegawa Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 121 号: 49 ページ: 11124-11131

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b09173

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reactive uptake of gaseous sesquiterpenes on aqueous surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, Y. Sakamoto, T. Hama, Y. Kajii, S. Enami
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 121 号: 4 ページ: 810-818

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.6b11821

    • 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] Simulations and Spectra of Water in CO Matrices2017

    • 著者名/発表者名
      R. Escribano, E. Artacho, A. Kouchi, T. Hama, Y. Kimura, H. Hidaka, and N Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 号: 10 ページ: 7280-7287

    • DOI

      10.1039/c6cp08248c

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Evolution of morphological and physical properties of laboratory interstellar organic residues with ultraviolet irradiation2017

    • 著者名/発表者名
      Piani L., Tachibana S., Hama T., Tanaka H., Endo Y., Sugawara I., Dessimoulie L., Kimura Y., Miyake A., Matsuno J., Tsuchiyama A., Fujita K., Nakatsubo S., Fukushi H., Mori S., Chigai T., Yurimoto H. and Kouchi A.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 837 号: 1 ページ: 35-35

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa5ca6

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hydrogenation and Deuteration of C2H2 and C2H4 on Cold Grains: Clue to the Formation Mechanism of C2H6 with Astronomical Interest2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kobayashi, H. Hidaka, T. Lamberts, T. Hama, H. Kawakita, J. Kaestner, and N. Watanabe
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 837 号: 2 ページ: 155-155

    • DOI

      10.3847/1538-4357/837/2/155

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface Temperature Dependence of Hydrogen Ortho-Para Conversion on Amorphous Solid Water2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ueta, N. Watanabe, T. Hama, and A. Kouchi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 116 号: 25

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.253201

    • NAID

      120005828466

    • 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] Matrix sublimation method for the formation of high-density amorphous ice2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kouchi, T. Hama, Y. Kimura, H. Hidaka, R. Escribano, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 658 ページ: 287-292

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.06.066

    • 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] Carboxylate Ion availability at the air-water interface2016

    • 著者名/発表者名
      S. Enami, T. Fujii, Y. Sakamoto, T. Hama, Y. Kajii
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 120 号: 46 ページ: 9224-9234

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.6b08868

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [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] 固体芳香族炭化水素への水素・重水素原子付加から探る星間塵表面反応の速度論と同位体分別2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也,植田寛和,渡部直樹,香内晃
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 50 号: 2 ページ: 33-50

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.50.33

    • NAID

      130005158191

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • 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] 太陽系の水の起源を知るための室内実験 :核スピン異性体比の解釈をめぐって2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 雑誌名

      日本地球惑星科学連合ニュースレター

      巻: 12 ページ: 15-17

    • 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] 宇宙の塵の化学:原子から分子・星・惑星系へ2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也,香内晃,渡部直樹
    • 雑誌名

      化学と教育

      巻: 64 ページ: 282-283

    • NAID

      130006788915

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 宇宙の水のオルト/パラ比は何を意味しているのか?―実験によるアプローチ-2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 雑誌名

      分光学会ニュースレター

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The ortho-to-para ratio of water moleculesdesorbed from ice made from para-water monomers2018

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama
    • 学会等名
      Hydride Chemistry: From Earth to Space workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin dynamics of water ice and the OPR of gaseous water desorbed from ice2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama
    • 学会等名
      Nuclear Spin Effects in Astrochemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ortho-to-para ratios of hydrogen molecules desorbed from ice at around 10 K: What happens on cosmic ice dust?2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Watanabe, Hirokazu Ueta, Tetsuya Hama, Akira Kouchi
    • 学会等名
      The 253th American Chemical Society National Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystallographically Favored Attachment of Just-Nucleated MoO3 Nanoparticles in Gas Current2017

    • 著者名/発表者名
      石塚 紳之介、木村 勇気、佐藤 理佳子、山﨑 智也、羽馬 哲也
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Reaction efficiency between hydrogen and carbon monoxide on a catalytic substrate of iron, nickel or its alloy2017

    • 著者名/発表者名
      木村 勇気、佐藤 里佳子、土山 明、永原 裕子、羽馬 哲也、日高 宏、渡部 直樹、香内 晃
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Kinetics of quantum tunneling surface reactions and ortho-to-para ratio of water photodesorbed from ice at 10 K2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama
    • 学会等名
      Symposium "Evolution of Molecules in Space"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Ortho-to-para ratio of water desorbed from ice and its implications for astronomy and planetary science2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama、 Akira Kouchi、Naoki Watanabe
    • 学会等名
      ICPEAC 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] H2 ortho-para conversion on amorphous solid water2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Watanabe、Hirokazu Ueta、Tetsuya Hama、Akira Kouchi
    • 学会等名
      ICPEAC 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 葉の表面の非破壊その場赤外反射分光によるクチクラ層の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也、香内 晃、渡部 直樹、滝沢 侑子、力石 嘉人、江波 進一、下赤 卓史、長谷川 健
    • 学会等名
      日本植物学会第81回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 10 Kの氷の表面から光脱離する水分子の核スピン異性体2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也、香内 晃、渡部 直樹
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 質量分析法を用いた模擬星間物質のキャラクタリゼーション2017

    • 著者名/発表者名
      中山 美紀、三田 肇、奈良岡 浩、石橋 之宏、橘 省吾、羽馬 哲也、菅原 いよ、ピアニ ローレット、香内 晃
    • 学会等名
      2017年度日本地球化学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] An experimental study toward understanding the ortho-to-para ratio of interstellar water2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama
    • 学会等名
      Meeting on DIPSS (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] 赤外分光法による葉のクチクラ層の非破壊その場構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也
    • 学会等名
      農学中手の会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 気相成長によって表面液体層経由で氷内部に取り込まれる塩化水素ガス2017

    • 著者名/発表者名
      長嶋 剣、 佐﨑 元、羽馬 哲也、村田 憲一郎、古川 義純
    • 学会等名
      第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 星間塵表面の物理化学過程:量子トンネル表面反応と核スピン異性体について2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也
    • 学会等名
      宇宙生命計算科学連携拠点第3回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 宇宙の塵の触媒化学とその速度論的同位体効果2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也
    • 学会等名
      2017年度触媒学会北海道支部札幌講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear spin isomers of water photodesorbed from ice at 10 K towards understanding the origin of interstellar water2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama
    • 学会等名
      The 21st East Asian Workshop on Chemical Dynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 赤外分光法で探る宇宙の塵と植物の葉の表面科学2017

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也、香内 晃、渡部 直樹、江波 進一、下赤 卓史、長谷川 健
    • 学会等名
      2017高分子・ハイブリッド材料研究センター(PHyM)若手フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear-spin dynamics of interstellar water ice2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
    • 学会等名
      The hydride toolbox
    • 発表場所
      The Auditorium of the University Pierre et Marie Curie, Paris, France.
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低温H2O氷の光分解と脱離に関する実験的研究2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 学会等名
      原子衝突学会第41回年会
    • 発表場所
      富山大学 五福キャンパス 理学部多目的ホール,学生会館ホール,富山市.
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Infrared spectroscopy as a tool for studying interstellar dust chemistry2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Naoki Watanabe
    • 学会等名
      SciX 2016
    • 発表場所
      Hyatt Regency, Minneapolis, MN, USA.
    • 年月日
      2016-09-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 天文学のなかの化学-宇宙の塵の表面反応-2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 学会等名
      第32回ライラックセミナー・第22回若手研究者交流会,
    • 発表場所
      北海道(おたる自然の村おこばち山荘),小樽市.
    • 年月日
      2016-06-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 宇宙の水素と塵の表面科学2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 学会等名
      第7回真空・表面科学若手研究会
    • 発表場所
      愛知(自然科学研究機構分子科学研究所明大寺キャンパス),岡崎市.
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 氷の極低温表面から脱離する水分子とそのオルト―パラ比の特徴2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬 哲也
    • 学会等名
      日本真空学会2016年10月研究例会 日本表面科学会2016年東北・北海道支部研究会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館第3 会議室,札幌市
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 系外惑星の事典2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也
    • 総ページ数
      356
    • 出版者
      朝倉書店
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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