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計算科学によるアストロバイオロジーへの理論的挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 16K13782
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 天文学
研究機関東京大学 (2017-2018)
筑波大学 (2016)

研究代表者

相川 祐理  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40324909)

研究分担者 庄司 光男  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (00593550)
古家 健次  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (80783711)
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
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード量子化学計算 / アストロケミストリー / 惑星系形成 / 星間化学 / アストロバイオロジー / 第一原理計算 / 理論天文学 / 惑星起源・進化 / 計算物理 / 化学物理
研究成果の概要

生命の材料物質となる有機分子の生成については、分子雲から原始地球までさまざまな環境での反応過程が提案されている。どのような環境、過程が最も効くのか定量的な評価には、各反応過程でおこる素反応の反応経路や反応速度の解明が不可欠である。本研究ではパイロットスタディとして、星・惑星系形成領域におけるグリシンをはじめとする有機分子の生成破壊に関わる素反応の活性化エネルギーや分岐比を第一原理に基づく量子化学計算によって調べた。またこれら素反応を反応速度式に組み込んで反応系の数値モデルを構築し、星・惑星系形成領域での有機分子生成の数値シミュレーションを行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生命の材料物質となる有機物はどのように作られ、原始地球上にどれくらい存在したのだろうか?これにはさまざまな説がある。天文学に最も関連深いのは、星間分子として生成された有機分子が彗星に取り込まれ地球にもたらされたとする星間物質起源説であろう。近年、若い太陽に相当する原始星の周囲でギ酸などさまざまな有機分子が検出されている。本研究では、生命関連分子の代表ともいえるグリシンの生成過程について2つの代表的な生成反応を選び、量子化学計算によってそれらの反応のメカニズムと反応の起きる条件を調べた。またさまざまな反応を取り込んだ数値シミュレーションで若い星の周りでの有機分子の生成について調べた。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 17件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Xinjiang Astronomical Observatory(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Kyung Hee University(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical study of the photodissociation reaction of methanol2019

    • 著者名/発表者名
      Kayanuma Megumi、Shoji Mitsuo、Furuya Kenji、Aikawa Yuri、Umemura Masayuki、Shigeta Yasuteru
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 714 ページ: 137-142

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2018.10.077

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The ice composition in the disk around V883 Ori revealed by its stellar outburst2019

    • 著者名/発表者名
      Lee Jeong-Eun、Lee Seokho、Baek Giseon、Aikawa Yuri、Cieza Lucas、Yoon Sung-Yong、Herczeg Gregory、Johnstone Doug、Casassus Simon
    • 雑誌名

      Nature Astronomy

      巻: 3 号: 4 ページ: 314-319

    • DOI

      10.1038/s41550-018-0680-0

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Chemical Evolution from Prestellar to Protostellar Cores: A New Multiphase Model with Bulk Diffusion and Photon Penetration2018

    • 著者名/発表者名
      Lu Yang、Chang Qiang、Aikawa Yuri
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 869 号: 2 ページ: 165-165

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aaeed8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A practical approach for searching stable molecular structures by introducing repulsive interactions among walkers2018

    • 著者名/発表者名
      M.Shoji, M.Kayanuma, Y.Shigeta
    • 雑誌名

      The Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 191(10) 号: 10 ページ: 1465-1473

    • DOI

      10.1246/bcsj.20180122

    • NAID

      130007498133

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] First-principles study of the formation of glycine-producing radicals from common interstellar species2018

    • 著者名/発表者名
      Sato, A., Kitazawa, Y., Ochi, T., Shoji, M., Komatsu, Y., Kayanuma, M., Aikawa, Y., Umemura, M., Shigeta, Y.
    • 雑誌名

      Molecular Astrophysics

      巻: 10 ページ: 11-19

    • DOI

      10.1016/j.molap.2018.01.002

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A theoretical study of the formation of glycine via hydantoin intermediate in outer space environment2017

    • 著者名/発表者名
      Kayanuma, M., Kidachi, K., Shoji, M., Komatsu, Y., Sato, A., Shigeta, Y., Aikawa, Y., Umemura, M.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 687 ページ: 178-183

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2017.09.016

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Glycine Formation Reactions via Non-Radical and Radical Processes in Interstellar Medium2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Shoji
    • 学会等名
      LIFE3E’2019: SEARCH FOR LIFE, FROM EARLY EARTH TO EXOPLANETS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子雲から円盤への水の進化2019

    • 著者名/発表者名
      古家健次
    • 学会等名
      アストロバイオロジーセンターシンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原始星コアの分子組成の多様性:分子雲段階の物理パラメタへの依存性2019

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Gas-Dust Chemistry of Volatiles in the Star and Planetary System Formation2019

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      IAU Symposium 350 Laboratory Astrophysics: From Observations to Interpretation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chemistry of volatiles from molecular cloud formation to protostellar cores2019

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Origins of Solar Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子構造探索および反応経路探索のための新手法(GLAS 法)の提唱2018

    • 著者名/発表者名
      庄司光男、常盤恭樹、山崎笙太朗、栢沼愛、重田育照
    • 学会等名
      第21回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A new approach for searching stable molecular structures by introducing repulsive interactions among walkers2018

    • 著者名/発表者名
      M.Shoji, M.Kayanuma, H.Kitoh-Nishioka, Y.Shigeta
    • 学会等名
      7th JCS Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A new algorithm searching stable molecular structures and reaction pathways by introducing repulsive interactions among walkers2018

    • 著者名/発表者名
      M.Shoji, M.Kayanuma, Y.Shigeta
    • 学会等名
      16TH INTERNATIONAL CONGRESS OF QUANTUM CHEMISTRY
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A new approach for searching reaction pathways applicable to quantum mechanical calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsuo Shoji
    • 学会等名
      CCS-EPCC Joint Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Isotopic fractionation in interstellar clouds: Hydrogen, carbon, nitrogen, and oxygen2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji Furuya
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemistry in star and planet forming regions: Theory2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      East Asian ALMA Science Workshop 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiple paths of deuterium fractionation in protoplanetary disks2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Astrochemistry: Past, Present, and Future
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Organic Chemistry in Protoplanetary Disks2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Session F.3, COSPAR
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Volatiles from Prestellar Phase to Protoplanetary Disks2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Session B.1, COSPAR
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chemistry in Protostellar Cores and Forming Disks2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Division Day, IAU General Assembly
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chemistry in Star Forming Cores: what is the key parameters for hot corinos and WCCC?2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fresh sublimates detected in a disk in outburst2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Aikawa
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 原始惑星系円盤における複数の重水素濃縮経路2018

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] FU Ori 型星で探る円盤の氷組成2018

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A quantum chemical study of the glycine formation reactions in interstellar medium2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji, M.
    • 学会等名
      アストロバイオロジーセンター国際ワークショップ2017
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on the photodissociation of methanol in the interstellar medium2017

    • 著者名/発表者名
      Kayanuma, M., Shoji, M., Aikawa, Y., Umemura, M., Shigeta, Y.
    • 学会等名
      28th International Conference on Photochemistry (ICP2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Astrochemical simulations2017

    • 著者名/発表者名
      古家健次
    • 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 実施状況報告書
  • [学会発表] 星間空間におけるアミノ酸生成と光不斉化についての量子化学的探究2017

    • 著者名/発表者名
      庄司光男
    • 学会等名
      天体形成論 ~過去・現在・未来~
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命起源解明のためのアミノ酸生成と分解機構についての量子化学研究2017

    • 著者名/発表者名
      庄司光男
    • 学会等名
      ポスト「京」 萌芽的課題・計算惑星第 1 回公開シンポジウム:惑星の起源・進化と環境変動の解明を目指して
    • 発表場所
      神戸大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] The formation of interstellar glycine by radical-coupling reactions2016

    • 著者名/発表者名
      Akimasa Sato, Mitsuo Shoji, Yuya Kitazawa, Toshiro Ochi, Masayuki Umemura, Yasuteru Shigeta
    • 学会等名
      AWEST 2016
    • 発表場所
      淡路夢舞台国際会議場
    • 年月日
      2016-06-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 星間ダスト上でのアミノ酸生成反応機構についての理論的研究2016

    • 著者名/発表者名
      庄司光男
    • 学会等名
      宇宙生命計算科学連携拠点第2回ワークショップ
    • 発表場所
      筑波大学計算科学研究センター
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 惑星系形成領域の有機物進化2016

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会/計算科学による惑星形成・進化・環境変動研究の新展開
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] ALMAプレスリリース

    • URL

      https://alma-telescope.jp/en/news/press/v883-201902

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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