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彗星のメタン分子重水素比の初測定による原始太陽系円盤赤道面の物質輸送過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04498
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分16:天文学およびその関連分野
研究機関京都産業大学

研究代表者

河北 秀世  京都産業大学, 理学部, 教授 (70356129)

研究分担者 小林 尚人  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50280566)
猿楽 祐樹  京都産業大学, 神山天文台, 研究員 (10512147)
近藤 荘平  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 技術専門職員 (30583413)
新中 善晴  京都産業大学, 神山天文台, 研究員 (60774429)
安井 千香子  国立天文台, TMTプロジェクト, 助教 (00583626)
濱野 哲史  国立天文台, ハワイ観測所, 特別客員研究員 (70756270)
新井 彰  京都産業大学, 公私立大学の部局等, 研究員 (30582457)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
41,600千円 (直接経費: 32,000千円、間接経費: 9,600千円)
2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2024年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
キーワード彗星 / 近赤外線高分散分光 / 原始惑星系円盤 / イマージョン回折格子 / 近赤外線高分散分光器
研究開始時の研究の概要

生命誕生の源となった水や有機分子のルーツを探るうえで原始太陽系円盤内での物理化学過程の理解が欠かせない。本研究では、その過程の履歴を保持していると考えられている太陽系始原天体の彗星の観測から円盤内の大規模な物質輸送過程を解明することを目的としている。そのため独自開発の高効率ゲルマニウム製イマージョン回折格子を用いた新しいタイプの近赤外線高分散分光器を開発する。波長3μm帯における最高感度の地上望遠鏡観測を実現し、彗星コマ中のメタン重水素体による極めて微弱な輝線の初検出を目指す。

研究実績の概要

本研究では、彗星コマ中のメタン重水素体による極めて微弱な輝線の測定を目指し、波長3μm帯における最高感度の地上近赤外線高分散分光観測を実現するため、独自開発のイマージョン回折格子を用いた新しい近赤外線高分散分光器を開発する。
2023年度は、これまでの設計や評価実験の結果をもとに、分光素子の製作、機械式冷凍機の保持機構といった実機用パーツの製作に着手した。また、赤外線検出器の保持機構の開発、二次元赤外線検出器の低温読み出し試験を進めた。分光素子の製作について、厳密結合波解析法(RCWA法)を用いてイマージョン回折格子の絶対回折効率を計算し、そのブレーズ角依存性と頂角依存性を調査することで、装置の効率が最大になる仕様を決定した。その仕様通りの形状を持つ回折格子を実現した。機械式冷凍機の保持機構について、まず空気ばね式除振台上に機械式冷凍機のコールドヘッドを固定して振動の測定を行い、振動特性を評価した。振動が装置に伝わらないように抑制する工夫を施した保持機構を設計、製作した。赤外線検出器の保持機構について、クライオスタットを開けることなくアライメントの調整が行えるようにモーターを使った保持機構を設計した。二次元赤外線検出器の低温読み出し試験について、使用する実験用クライオスタットに対してリーク問題を解消する対策を施した。効果はあったものの、検出器の低温評価を実施するにはまだ不安が残るため、改良を継続している。開発と並行して既存装置を用いた赤外線高分散分光観測も行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

最新の研究動向に合わせた装置仕様の見直し、および新型コロナウイルス感染拡大・ウクライナ情勢に起因した工業製品・材料の供給不安定のため前年までの段階で遅れが生じていた。加えて急激な円安の進行により当初予定していたよりも物品の入手や製作が困難になったため。

今後の研究の推進方策

これまでの新型コロナウイルス感染拡大・ウクライナ情勢に起因した工業製品・材料の供給不安定、急激な円安の進行により、本事業で当初予定していた海外での観測まで達成することは予算的に難しい。そこで研究代表者が台長を務める神山天文台で開発が進められてきたセラミック光学系を性能実証も兼ねて大学の経費で導入することで事業期間内での装置の完成を目指す。この光学系の導入により、まず装置の性能が格段に安定し、メンテナンスや海外移設における再調整のコストも押さえられ、長期的な視点で見ると大きなメリットがある。神山天文台荒木望遠鏡に取り付けてファーストライトを行い、金星などのスペクトルを実際に取得することで装置の性能を実証するとともに科学的成果も創出する。海外での観測については、本研究で対象としている天体以外の観測への利用を希望する研究者(すでに興味を示している方が複数いる)とも連携するなどして新たな予算を獲得して実現を目指す。極めて明るくなる彗星の出現が見込まれる場合は、これまでの経験と実績をもとに観測提案を行い、口径8-10m級望遠鏡に取り付けられている赤外線高分散分光器を用いたメタン重水素体の輝線検出も目指す。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 7件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 19件)

  • [雑誌論文] Coma Abundances of Volatiles at Small Heliocentric Distances: Compositional Measurements of Long-period Comet C/2020 S3 (Erasmus)2023

    • 著者名/発表者名
      Ejeta Chemeda、Gibb Erika、Roth Nathan、DiSanti Michael A.、Dello Russo Neil、Saki Mohammad、McKay Adam J.、Kawakita Hideyo、Khan Younas、Bonev Boncho P.、Vervack Ronald J.、Combi Michael R.
    • 雑誌名

      The Astronomical Journal

      巻: 167 号: 1 ページ: 32-32

    • DOI

      10.3847/1538-3881/ad0e02

    • 関連する報告書
      2023 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] The Return of the Rosetta Target: Keck Near-infrared Observations of Comet 67P/Churyumov?Gerasimenko in 20212023

    • 著者名/発表者名
      Bonev B. P.、Dello Russo N.、Kawakita H.、Vervack Jr. R. J.、DiSanti M. A.、Shinnaka Y.、et al.
    • 雑誌名

      The Astronomical Journal

      巻: 166 号: 6 ページ: 233-233

    • DOI

      10.3847/1538-3881/acee59

    • 関連する報告書
      2023 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] Direct Simulation Monte Carlo Modeling of Ammonia in Comet C/2014 Q2 (Lovejoy)2023

    • 著者名/発表者名
      Kawakita Hideyo、Dello Russo Neil、Vervack Ronald J.、DiSanti Michael A.、Bonev Boncho P.、Kobayashi Hitomi、Boice Daniel C.、Shinnaka Yoshiharu
    • 雑誌名

      The Astronomical Journal

      巻: 166 号: 5 ページ: 207-207

    • DOI

      10.3847/1538-3881/acfee7

    • 関連する報告書
      2023 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] Comprehensive Study of the Chemical Composition and Spatial Outgassing Behavior of Hyperactive Comet 46P/Wirtanen Using Near-IR Spectroscopy during its Historic 2018 Apparition2023

    • 著者名/発表者名
      Khan Younas、Gibb Erika L.、Roth Nathan X.、DiSanti Michael A.、Dello Russo Neil、Bonev Boncho P.、Ejeta Chemeda T.、Saki Mohammad、Vervack Ronald J.、McKay Adam J.、Kawakita Hideyo、Combi Michael R.、Qasim Danna、Shou Yinsi
    • 雑誌名

      The Astronomical Journal

      巻: 165 号: 6 ページ: 231-231

    • DOI

      10.3847/1538-3881/acc074

    • 関連する報告書
      2023 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] Wavefront accuracy of mechanically assembled all-cordierite reflective optical system for cryogenic applications2023

    • 著者名/発表者名
      Sarugaku Yuki、Ikeda Yuji、Kobayashi Naoto、Kondo Sohei、Otsubo Shogo、Yasui Chikako、Kawakita Hideyo
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 62 号: 11 ページ: 2827-2834

    • DOI

      10.1364/ao.486773

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Volatile Abundances, Extended Coma Sources, and Nucleus Ice Associations in Comet C/2014 Q2 (Lovejoy)2022

    • 著者名/発表者名
      Dello Russo Neil、Vervack Ronald J.、Kawakita Hideyo、Bonev Boncho P.、DiSanti Michael A.、Gibb Erika L.、McKay Adam J.、Cochran Anita L.、Weaver Harold A.、Biver Nicolas、Crovisier Jacques、Bockel?e-Morvan Dominique、Kobayashi Hitomi、Harris Walter M.、Roth Nathan X.、Saki Mohammad、Khan Younas
    • 雑誌名

      The Planetary Science Journal

      巻: 3 号: 1 ページ: 6-6

    • DOI

      10.3847/psj/ac323c

    • 関連する報告書
      2021 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] Chemical Composition of Outbursting Comet C/2015 ER61 (PanSTARRS)2021

    • 著者名/発表者名
      Saki Mohammad、Gibb Erika L.、Bonev Boncho P.、Roth Nathan X.、DiSanti Michael A.、Khan Younas、Dello Russo Neil、Vervack Jr. Ronald J.、McKay Adam J.、Kawakita Hideyo
    • 雑誌名

      The Astronomical Journal

      巻: 162 号: 4 ページ: 145-145

    • DOI

      10.3847/1538-3881/abfcbd

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Volatile Composition and Outgassing in C/2018 Y1 (Iwamoto): Extending Limits for High-resolution Infrared Cometary Spectroscopy between 2.8 and 5.0 μm2021

    • 著者名/発表者名
      DiSanti Michael A.、Bonev Boncho P.、Dello Russo Neil、McKay Adam J.、Roth Nathan X.、Saki Mohammad、Gibb Erika L.、Vervack Jr. Ronald J.、Khan Younas、Kawakita Hideyo
    • 雑誌名

      The Planetary Science Journal

      巻: 2 号: 6 ページ: 225-225

    • DOI

      10.3847/psj/ac07ae

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Understanding Phosphorus Chemistry in Cometary Comae2023

    • 著者名/発表者名
      Boice, Daniel; de Almeida, Amaury A.; Kawakita, Hideyo; Kobayashi, Hitomi; Shinnaka, Yoshiharu
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Near Infrared Observation of comet C/2022 E3 (ZTF) using iSHELL at NASA-IRTF2023

    • 著者名/発表者名
      Rai, Bebi; Bodewits, Dennis; Saki, Mohammad; DiSanti, Michael; Dello Russo, Neil; Faggi, Sara; Vervack, Ronald; Gibb, Erika; Khan, Younas; Ejeta, Chemeda; Kawakita, Hideyo; Roth, Nathan; Villanueva, Geronimo; McKay, Adam; Bonev, Boncho
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pre-perihelion Near-infrared high-dispersion Spectroscopy of Comet C/2013 R1 (Lovejoy) with Keck2/NIRSPEC2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, Hitomi; Kawakita, Hideyo; Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; DiSanti, Michael; Bonev, Boncho; Villanueva, Geronimo
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterizing the Native Ice Composition of Comet C/2022 E3 (ZTF) with NIRSpec at Keck 22023

    • 著者名/発表者名
      DiSanti, Michael; Bonev, Boncho; Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; Kawakita, Hideyo; Rai, Bebi; Gibb, Erika; Saki, Mohammad; Khan, Younas; Ejeta, Chemeda; Faggi, Sara; Roth, Nathan; Villanueva, Geronimo; McKay, Adam
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Compositional measurements as comet C/2017 K2 (Pan-STARRS) transitioned from hypervolatile to water-dominated activity2023

    • 著者名/発表者名
      Ejeta, Chemeda; Gibb, Erika; DiSanti, Michael; Kawakita, Hideyo; Dello Russo, Neil; Saki, Mohammad; Roth, Nathan; Vervack, Ronald; Khan, Younas; Bonev, Boncho; McKay, Adam; Feaga, Lori; Combi, Michael; Shou, Yinsi
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parent Volatiles in Jupiter-Family Comets: Insights and Open Questions from Recent Ground-Based Infrared Studies2023

    • 著者名/発表者名
      Bonev, B. P.; Dello Russo, N.; Gibb, E. L.; DiSanti, M. A.; Khan, Y.; Roth, N. X.; Faggi, S.; McKay, A. J.; Finley, C.; Saki, M.; Vervack, R. J.; Kawakita, H.; Shinnaka, Y.; Kobayashi, H.; Villanueva, G. L.; Ootsubo, T.; Ejeta, C. T.
    • 学会等名
      Asteroids, Comets, Meteors Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterizing the Native Ice Composition of Comet C/2022 E3 (ZTF) with NIRSPEC at Keck 22023

    • 著者名/発表者名
      DiSanti, M. A.; Bonev, B. P.; Dello Russo, N.; Vervack, R. J.; Kawakita, H.; Gibb, E. L.; Saki, M.; Rai, B.; Khan, Y.; Ejeta, C.; Roth, N. X.; Faggi, S.; Villanueva, G. L.; McKay, A. J.
    • 学会等名
      Asteroids, Comets, Meteors Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Distributed Source of Ammonia in the Coma of Comet C/2014 Q2 (Lovejoy)2023

    • 著者名/発表者名
      Kawakita, H.; Dello Russo, N.; Vervack, R. J.; DiSanti, M. A.; Bonev, B. P.; Kobayashi, H.; Boice, D. C.; Shinnaka, Y.
    • 学会等名
      Asteroids, Comets, Meteors Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ground-Based Near-Infrared Chemical Characterization of the Rosetta Mission Target Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko During Its First Post-Rosetta Apparition2023

    • 著者名/発表者名
      Khan, Y.; Gibb, E.; Roth, N.; Bonev, B.; DiSanti, M.; Dello Russo, N.; Vervack, R.; McKay, A.; Saki, M.; Ejeta, C.; Kawakita, H.
    • 学会等名
      Asteroids, Comets, Meteors Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determining nucleus ice associations in comets through the spatial distribution of volatiles in the coma2022

    • 著者名/発表者名
      Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; Kawakita, Hideyo; Bonev, Boncho; DiSanti, Michael; Gibb, Erika; McKay, Adam; Cochran, Anita; Roth, Nathaniel; Saki, Mohammad; Khan, Younas; Ejeta, Chemeda
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Serial Observations of Volatiles in Jupiter-family Comet 19P/Borrelly around its 2022 Perihelion Passage2022

    • 著者名/発表者名
      DiSanti, Michael; Saki, Mohammad; Kawakita, Hideyo; Khan, Younas; Ejeta, Chemeda; Gibb, Erika; Dello Russo, Neil; Bonev, Boncho; Vervack, Ronald; Roth, Nathan; McKay, Adam
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coma Volatile Composition of Comet C/2017 K2 (PanSTARRS) at Heliocentric Distances 2.5-3.0 au2022

    • 著者名/発表者名
      Ejeta, Chemeda; Gibb, Erika; Khan, Younas; Roth, Nathan; DiSanti, Michael; Dello Russo, Neil; Saki, Mohammad; Bonev, Boncho; Vervack, Ronald; McKay, Adam J.; Combi, Michael; Kawakita, Hideyo; Shou, Yinsi; Feaga, Lori; Finley, Claire
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-sensitive Keck/NIRSPEC observations of the Rosetta target 67P/Churyumov-Gerasimenko during its favorable 2021 apparition2022

    • 著者名/発表者名
      Bonev, Boncho; Dello Russo, Neil; Kawakita, Hideyo; and 20 authors
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-resolution, near-infrared observations of Rosetta target 67P/Churyumov-Gerasimenko with NASA IRTF/iSHELL: Placing ground based and space-based measurements in context2022

    • 著者名/発表者名
      Gibb, Erika; Roth, Nathan; Khan, Younas; Saki, Mohammad; Bonev, Boncho; Ejeta, Chemeda; DiSanti, Michael; Kawakita, Hideyo; Cochran, Anita; Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; McKay, Adam; Cordiner, Martin; Milam, Stefanie; Jehin, Emmanuel; Biver, Nicolas
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parent Volatile Composition of Jupiter Family Comet 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak as Measured with Keck NIRSPEC2022

    • 著者名/発表者名
      Finley, Claire; McKay, Adam; DiSanti, Michael; Roth, Nathaniel; Bonev, Boncho; Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; Gibb, Erika; Saki, Mohammad; Khan, Younas; Ejeta, Chemeda; Kawakita, Hideyo; Keane, Jacqueline; O'Donoghue, James
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 54th Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SolSysELTs2022 Part II: High-resolution Near-Infrared Spectra of Cometary Organics in Inner Coma2022

    • 著者名/発表者名
      Kawakita, Hideyo
    • 学会等名
      Solar System Science with the ELT
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical Composition and Spatial Profiles of Long-period Comet C/2020 S3 (Erasmus)2021

    • 著者名/発表者名
      Ejeta, Chemeda; Gibb, Erika; Roth, Nathan X.; Khan, Younas; Saki, Mohammad; Bonev, Boncho; Di Santi, Michael; Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald J., Jr.; McKay, Adam; Kawakita, Hideyo; Combi, Michael R
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 53rd Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Primary Volatile Composition of Comet 46P/Wirtanen During its Exceptional 2018 Apparition2021

    • 著者名/発表者名
      Khan, Younas; Gibb, Erika; Ejeta, Chemeda; Roth, Nathan; Dello Russo, Neil; Bonev, Boncho; Di Santi, Michael; Saki, Mohammad; McKay, Adam; Vervack, Ronald; Combi, Michael; Kawakita, Hideyo
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 53rd Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Volatile abundances, coma sources, and ice associations in the nucleus of comet C/2014 Q2 (Lovejoy)2021

    • 著者名/発表者名
      Dello Russo, Neil; Vervack, Ronald; Kawakita, Hideyo; Bonev, Boncho; Di Santi, Michael; Gibb, Erika; McKay, Adam; Cochran, Anita; Weaver, Harold; Biver, Nicolas; Crovisier, Jacques; Bockelee-Morvan, Dominique; Kobayashi, Hitomi; Harris, Walter; Roth, Nathan; Saki, Mohammad; Khan, Younas
    • 学会等名
      American Astronomical Society, 53rd Annual DPS Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-04-17  

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