赤外観測および実験に基づく恒星終焉期のダスト形成過程の理解

• 研究課題/領域番号: 19K03909
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 星間塵 / 赤外線 / 有機物 / 実験天文学 / 赤外線観測天文学 / 赤外線天文学 / 星間ダスト / 星間有機物 / 窒素 / 新星 / 観測天文学

研究開始時の研究の概要

「宇宙が化学的に豊かになり、有機物を含む現在の宇宙環境形成される過程を理解する試み」は、現在の天文学における重要な問いである。本研究は、これまでに応募者が実施して来たダストおよび有機物の室内合成実験と終焉を迎える恒星による質量放出によって形成されるダストの赤外放射の観測に基づき、宇宙空間にダストおよび有機物が供給される過程の理解を、室内実験と赤外天文観測の両手法で扱う基礎研究である。

研究成果の概要

本研究では星間有機物の性質と一生を明らかにすることを目的とする。宇宙の塵は、恒星内部で合成された元素を原材料として、主として終焉期を迎える星の星周空間で誕生する。本研究では、新星爆発や、いずれ超新星爆発に至る直前の大質量星の姿であるWolf-Rayet星周囲における塵の形成に焦点をあて、赤外線観測と模擬星間有機物の室内合成実験の融合的手法によって調べた。その結果、新星爆発によって生まれる有機物の塵の赤外線分光特性を再現する『窒素含有炭素質物質』の合成に成功し、その詳細な分析を完了させた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙の有機物の塵の物質同定とその一生の理解は、地球に存在する生命が、広く長い宇宙の歴史において、いかにありがたくもありふれたものであるかを知ることに直結し、宇宙生物学、天体化学、地球惑星科学、さらには学際的に広く価値が共有される研究対象である。本研究の成果は、2021年8月26日に東京大学において明星大学及び北海道大学と共同で、『新星爆発で生まれる有機物の地理の合成に成功』として、記者発表 (https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7522/)を実施し、時事通信、朝日新聞のwebニュースのほか、東京新聞、中日新聞に掲載された。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center(米国)
• [国際共同研究] Banaras Hindu University/Tezpur University(インド)
• [国際共同研究] NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center/The University of Texas at San Antonio(米国)
• [国際共同研究] The University of British Columbia(カナダ)
• [国際共同研究] Banaras Hindu University(インド)
• [国際共同研究] NASA Ames Research Center/NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Banaras Hindu University(インド)
• [国際共同研究] LAM/CNES(フランス)
• [雑誌論文] Theoretical study of infrared spectra of interstellar PAH molecules with N, NH & NH2 incorporation (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Vats, A. Pathak, T. Onaka, M. Buragohain, I. Sakon, and I. Endo
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 1 ページ: 161-174
  • DOI: 10.1093/pasj/psab116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the nature of organic dust in novae (2021)
  • 著者名/発表者名: I. Endo, I. Sakon, T. Onaka, Y. Kimura, S. Kimura, S. Wada, L. A. Helton, R. M. Lau, Y. Kebukawa, Y. Muramatsu, N. O. Ogawa, N. Ohkouchi, M. Nakamura, and S. Kwok
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 917 号: 2 ページ: 103-103
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0cf1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mid-infrared spectrometer and camera for the Origins Space Telescope (2021)
  • 著者名/発表者名: I.Sakon, T.L.Roellig, K.A.Ennico-Smith, T.Matsuo, Y.Ikeda, T.Yamamuro, K.Enya, T.Wada, M.Kawada, A.Takahashi, Y. Sarugaku, N.Fujishiro, N.Murakami, J.Nishikawa, T.Kotani, S.Goda, M.Ido, S.Itoh, T.Tsuboi, T.Sumi, M.Kamiura, T.Manome, N.Iida, K.Yanagibashi, T.P.Greene, B.P.Helvensteijn, L.Hofland, R.R.Johnson,他5名
  • 雑誌名: J. of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 7 号: 1 ページ: 011013-011013
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.1.011013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of two infrared objects with strong ice absorption in the AKARI slitless spectroscopic survey of the Galactic Plane (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Onaka, T. Kimura, I. Sakon, and T. Shimonishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 916 号: 2 ページ: 75-75
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0531
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origins space telescope: from first light to life (2021)
  • 著者名/発表者名: Wiedner M. C.、et al.
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: 51 号: 3 ページ: 595-624
  • DOI: 10.1007/s10686-021-09782-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Space Project for Astrophysical and Cosmological Exploration (SPACE), an ESA stand-alone mission and a possible contribution to the Origins Space Telescope (2021)
  • 著者名/発表者名: Burgarella Denis、et al.
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: 51 号: 3 ページ: 625-660
  • DOI: 10.1007/s10686-021-09703-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origins Space Telescope: trades and decisions leading to the baseline mission concept (2021)
  • 著者名/発表者名: Leisawitz David、et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 7 号: 01
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.1.011014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origins Space Telescope science drivers to design traceability (2021)
  • 著者名/発表者名: Meixner Margaret et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 7 号: 01
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.1.011012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origins Space Telescope: baseline mission concept (2021)
  • 著者名/発表者名: Leisawitz David T. et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 7 号: 01
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.1.011002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mid-infrared detector development for the Origins Space Telescope (2020)
  • 著者名/発表者名: Roellig Thomas L.、McMurtry Craig、Greene Thomas、Matsuo Taro、Sakon Itsuki、Staguhn Johannes
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 6 号: 04
  • DOI: 10.1117/1.jatis.6.4.041503
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The mid-infrared spectrometer/camera (MISC) for the Origins Space Telescope (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakon Itsuki、Roellig Thomas L.、Ennico-Smith Kimberly et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11443 ページ: 219-219
  • DOI: 10.1117/12.2561949
  • 国際共著
• [雑誌論文] DFT study on interstellar PAH molecules with aliphatic side groups (2020)
  • 著者名/発表者名: Buragohain, M., Pathak, A., Sakon, I., and Onaka, T.,
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 892 号: 1 ページ: 11-11
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab733a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Origins Space Telescope (2019)
  • 著者名/発表者名: Leisawitz David T. et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11115 ページ: 25-25
  • DOI: 10.1117/12.2530514
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Study on the properties and the origin of organic dust in galaxies at high redshift (2022)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: Astro2020 and IR Astrophysics: Planning for the Next Decade
  • 国際学会
• [学会発表] たんぽぽ 2QCC 曝露 (2022)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: ISAS 宇宙生命探査シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] The mid-infrared spectrometer/camera (MISC) for the Origins Space Telescope (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakon, I., et al.
  • 学会等名: SPIE
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding of the properties of Interstellar Dust and Organics (2019)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Sakon
  • 学会等名: International Conference on Infrared Astronomy and Astrophysical Dust, 22-25 October 2019, IUCAA, Pune, India
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mission Concept Studies for the 2020 Decadal Survey ; Origins Space Telescope (OST) (2019)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] 急冷窒素含有炭素質物質の赤外分光特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤いずみ
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] 宇宙初期の銀河星間環境を特徴付けるダストの性質の理解 (2019)
  • 著者名/発表者名: 左近 樹
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春季年会
• [学会発表] すばる望遠鏡COMICSを用いたWR125の中間赤外低分散分光観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤いずみ
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春季年会
• [学会発表] Experimental approaches to understand the properties of organics in space (2019)
  • 著者名/発表者名: Izumi Endo
  • 学会等名: International Conference on Infrared Astronomy and Astrophysical Dust, 22-25 October 2019, IUCAA, Pune, India
  • 国際学会
• [学会発表] 急冷窒素含有炭素質物質の宇宙環境曝露実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤いずみ
  • 学会等名: 第63 回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] Laboratory experiments on the carriers of the 'Class C' UIR bands (2019)
  • 著者名/発表者名: Izumi Endo
  • 学会等名: The Physics and Chemistry of the Interstellar Medium, 2-6 September 2019, Palais des Papes-Avignon, France
  • 国際学会
• [備考] 新星爆発で生まれる有機物の塵の合成に成功
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7522/
• [備考] 研究室の扉「新星で生まれる有機物の塵を作る」左近樹助教
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=0l7J8vFHraM
• [備考] 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] MISC for Origins
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc_concept_baseline.html
• [備考] Mid-Infrared Spectrometer and Camera (MISC)
  • URL: http://exoplanets.astron.s.u-tokyo.ac.jp/OST/MISC/index_misc.html