星間分子から隕石有機物へ：重水素存在度を指標とした分子進化プロセス解明

• 研究課題/領域番号: 17H04862
• 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: 大場 康弘 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (00507535)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2019年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
• キーワード: 化学進化 / 星間分子雲 / 重水素濃集 / 隕石有機物 / ヘキサメチレンテトラミン / 光化学反応 / 熱水変質 / 隕石母天体 / 分子進化 / 熱変質 / 水素同位体分別 / 熱水反応 / 太陽系 / 同位体分別 / 星間分子

研究成果の概要

本申請研究では，ヘキサメチレンテトラミン（HMT)という有機分子の水素同位体組成が，星間分子雲から太陽系形成までに経験するプロセスでどのように変化するか実験的に検証した。星間分子雲で生成するHMTの水素同位体組成を制約するパラメータとして，材料として用いるメタノールの水素同位体組成や反応基板温度が重要であるとわかった。光化学反応で生成したHMTは生成直後は重水素に富むが，太陽系形成後の小天体内での熱水反応によって水素同位体交換し，徐々に重水素を失うことがわかった。これらの結果は，隕石中有機物に見られる軽度の重水素濃集が，高度に重水素濃集した星間分子から形成可能であることを示唆する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生命誕生前の宇宙空間には有機化合物を含む様々な分子が存在するが，それらがどのようなプロセスを経験するのか，全く理解されていない。本研究では，小惑星リュウグウの破片にもその存在が期待される有機化合物，ヘキサメチレンテトラミン（HMT)に着目し，宇宙環境（星間分子雲，太陽系）での化学反応でどのように変化するか，模擬実験を中心としてその詳細を調べた。HMTは星間分子雲での紫外線を利用した光化学反応で生成し，太陽系形成後の小天体上での熱水プロセスによって多様に変化した。また，種々の炭素質隕石からHMTが世界で初めて検出され，本研究で検証したプロセスが実際の宇宙環境でも起こっていることが強く示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] NASA(米国)
• [国際共同研究] Osservatorio Astrofisico di Arcetri(イタリア)
• [国際共同研究] IPAG, Univ. Grenoble Alpes(フランス)
• [国際共同研究] University College London(英国)
• [国際共同研究] Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA),(スペイン)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] シュツッツガルト大学(ドイツ)
• [国際共同研究] シュツッツガルト大学(ドイツ)
• [雑誌論文] FAUST. II. Discovery of a Secondary Outflow in IRAS 15398-3359: Variability in Outflow Direction during the Earliest Stage of Star Formation? (2021)
  • 著者名/発表者名: Okoda Yuki、Oya Yoko、Francis Logan、... Nomura Hideko ... et al. (69人中47番目)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 910 号: 1 ページ: 11-11
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abddb1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analytical development of seamless procedures on cation-exchange chromatography and ion-pair chromatography with high-precision mass spectrometry for short-chain peptides. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Oba, Y., Furota, S., Naraoka, H., Ogawa, N., Blattmann, T. M. and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Inter. J. Mass Spectrom. 巻: 462 ページ: 116529-116529
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2021.116529
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precometary organic matter: A hidden reservoir of water inside the snow line (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano Hideyuki、Hirakawa Naoki、Matsubara Yasuhiro、Yamashita Shigeru、Okuchi Takuo、Asahina Kenta、Tanaka Ryo、Suzuki Noriyuki、Naraoka Hiroshi、Takano Yoshinori、Tachibana Shogo、Hama Tetsuya、Oba Yasuhiro、Kimura Yuki、Watanabe Naoki、Kouchi Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 7755-7755
  • DOI: 10.1038/s41598-020-64815-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Experimental Study of Chemical Desorption for Phosphine in Interstellar Ice (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen T., Oba Y., Shimonishi T., Kouchi A., Watanabe N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 898, 号: 2 ページ: L52-L52
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aba695
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extraterrestrial hexamethylenetetramine in meteorites-a precursor of prebiotic chemistry in the inner solar system. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oba Y., Takano Y., Naraoka H., Furukawa Y., Glavin D. P., Dworkin J. P. and Tachibana S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 6243-6243
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20038-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] UV-ray irradiation never causes amorphization of crystalline CO2: A transmission electron microscopy study (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuge M., Nguyen T., Oba Y., Hama T., Kouchi A., Watanabe N.
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 760 ページ: 137999-137999
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2020.137999
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FAUST I. The hot corino at the heart of the prototypical Class I protostar L1551 IRS5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Bianchi E、Chandler C J、Ceccarelli C ... Nomura, H. ... et al. (66人中46番目)
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 498 号: 1 ページ: L87-L92
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slaa130
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nucleobase synthesis in interstellar ices (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, Y. Takano, H. Naraoka, N. Watanabe and A. Kouchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 4413-4413
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12404-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Physico-chemical Behavior of Hydrogen Sulfide Induced by Reactions with H and D Atoms on Different Types of Ice Surfaces at Low Temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, T.Tomaru, A. Kouchi, N. Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 号: 2 ページ: 124-124
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0961
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An infrared measurement of chemical desorption from interstellar ice analogues (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, T. Tomaru, T. Lamberts, A. Kouchi, N. Watanabe
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 2 号: 3 ページ: 228-232
  • DOI: 10.1038/s41550-018-0380-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deuterium Fractionation upon the Formation of Hexamethylenetetramines through Photochemical Reactions of Interstellar Ice Analogs Containing Deuterated Methanol Isotopologues (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Oba, Y. Takano, H. Naraoka, A. Kouchi, N. Watanabe
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 849 号: 2 ページ: 122-122
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8ea5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Liquid-like behavior of UV-irradiated interstellar ice analog at low temperatures (2017)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Laboratory studies on the hydrogen-deuterium substitution of hydrogen sulfide on ice surfaces at low temperatures (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Takuto Tomaru, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: COSPAR 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Recent advances in analytical techniques for the identification of specific COMs in photochemically-processed interstellar ice analogs (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: COSPAR 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of nitrogen heterocycles of astrobiological interest in interstellar ice analogs (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: AbSciCon2019
  • 国際学会
• [学会発表] Detection of nucleobases and dipeptides in organic residues formed by photochemical reactions in interstellar ice analogs (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: Goldschmidt2019
  • 国際学会
• [学会発表] 模擬星間塵氷の光化学反応による核酸塩基生成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘，高野淑識，奈良岡浩，渡部直樹，香内晃
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] 星間分子雲における化学進化：単純分子から核酸塩基生成へ (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘，高野淑識，奈良岡浩，渡部直樹，香内晃
  • 学会等名: 第37回有機地球化学シンポジウム
• [学会発表] H2S, why you no solid at 10 K? -Non thermal desorption from interstellar icy grains. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba
  • 学会等名: JPGU Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemical desorption of hydrogen sulfide from the surface of amorphous solid water (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Takuto Tomaru, Akira Kouchi, Naoki Watanabe, Thanja Lamberts
  • 学会等名: The Olympian Symposium 2018 Gas and stars from milli- to mega- parsecs
  • 国際学会
• [学会発表] なぜ極低温の星間分子雲で硫化水素はガスとして存在するのか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 大場 康弘，都丸 琢斗，渡部 直樹，香内 晃
  • 学会等名: 日本地球化学会第65回年会
• [学会発表] Experimental studies on the surface reaction of hydrogen sulfide with deuterium atoms on amorphous solid water at 10 K (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba
  • 学会等名: ACS National Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deuteration levels of amino acids formed by photolysis of interstellar ice analogs containing deuterated methanol (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: Evolution of Molecules in Space
  • 国際学会
• [学会発表] Variations in the Deuterium Enrichment of Amino Acids Formed by Photolysis of Ice Mixtures Containing Mono-Deuterated Methanol at 10 K (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙での化学進化におけるヘキサメチレンテトラミンの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大場 康弘，高野 淑識，奈良岡 浩，渡部 直樹，香内 晃
  • 学会等名: 第35回有機地球化学シンポジウム
• [学会発表] 疑似星間塵氷の光化学反応で生成する ヘキサメチレンテトラミンの重水素存在度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大場 康弘，高野 淑識，奈良岡 浩，渡部 直樹，香内 晃
  • 学会等名: 2017年度 日本地球化学会年会
• [学会発表] Formation of deuterated molecules by photolysis of interstellar ice analogs containing deuterated methanol isotopologs (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
  • 学会等名: Dust and Ice Particles Spectroscopy and Scattering
  • 国際学会
• [学会発表] 光化学反応による 星間分子の重水素濃集度の変化 ー成果報告ー (2017)
  • 著者名/発表者名: 大場 康弘
  • 学会等名: 新学術領域「宇宙分子進化」全体集会
• [備考] 研究室ホームページ（個人）
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index1.html
• [備考] 所属研究室web page
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index.html