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光化学反応による星間分子の重水素濃集度の変化

公募研究

研究領域宇宙における分子進化:星間雲から原始惑星系へ
研究課題/領域番号 16H00926
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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, 助教 (00507535)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
2017年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2016年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワード光化学反応 / 同位体分別 / 重水素 / アミノ酸 / 化学進化 / 重水素濃集 / 高分解能質量分析
研究実績の概要

高真空反応チャンバー内に設置された反応基板(10 or 77K)に水,一酸化炭素,アンモニア,メタノールを5:2:2:2で混合したガスを蒸着させ,同時に真空紫外光を照射した。200時間経過後,ガスと紫外線供給を停止し,反応基板を室温まで上昇させたのち,基板上に残った有機物を水・メタノール混合溶媒で回収した。得られたサンプルはすべてLC-orbitrap質量分析計で分析した。
昨年度はメタノールの重水素置換体としてCH2DOH,反応基板温度を10Kという条件で実験をおこなったが,今年度はCH3OD,あるいは複数種のメタノール重水素置換体の混合ガスを用いて,生成するアミノ酸の同位体組成がどのように変化するか検証した。さらに,反応基板を77Kにして同様の実験をおこない,同位体組成の変化を調べた。
CH3ODを材料として用いたとき,生成したアミノ酸の種類や量はCH2DOHを用いた実験と遜色なかったが,重水素存在量が1/10であった。これは,メタノールのメチル基に含まれる水素が優先的にアミノ酸に取り込まれたことを示す。
反応基板温度が77K,CH2DOHが用いられたとき,アミノ酸生成量が1/10になったものの,グリシンを除く4種のアミノ酸は同位体組成が10Kで得られたサンプルと遜色なかった。一方グリシンは重水素存在度も1/10になり,ほかのアミノ酸とは生成メカニズムが異なることを強く示唆した。
さらに,低質量原始星で観測されたメタノールアイソトポログ組成を再現してアミノ酸を作製すると,CH3OHが最も多いにもかかわらず,重水素置換アミノ酸が多く検出された。これらの結果は,光化学反応では分子の重水素存在度は大きく低下しないことを示す。本研究ではこのように,宇宙における化学進化解明に非常に重要なデータを供することができた。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1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 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] シュツッツガルト大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] An infrared measurement of chemical desorption from interstellar ice analogues2018

    • 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

    • 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] Deuterium Fractionation upon the Formation of Hexamethylenetetramines through Photochemical Reactions of Interstellar Ice Analogs Containing Deuterated Methanol Isotopologues2017

    • 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

    • 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] 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] Deuterium fractionation during amino acid formation by photolysis of interstellar ice analogs containing deuterated methanol2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, Y. Takano, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 827 号: 1 ページ: L18-L18

    • DOI

      10.3847/2041-8205/827/1/l18

    • 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 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Negative catalytic effect of water on the reactivity of hydrogen abstraction from the C-H bond of dimethyl ether by deuterium atoms through tunnling at low temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 662 ページ: 14-18

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.07.058

    • 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] Hydrogen-deuterium substitution in solid ethanol by surface reactions at low temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, K. Osaka, T. Chigai, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 462 号: 1 ページ: 689-695

    • DOI

      10.1093/mnras/stw1714

    • 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 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Experimental studies on the surface reaction of hydrogen sulfide with deuterium atoms on amorphous solid water at 10 K2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Oba
    • 学会等名
      ACS National Meeting 2018
    • 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] Deuteration levels of amino acids formed by photolysis of interstellar ice analogs containing deuterated methanol2017

    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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 K2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Oba, Yoshinori Takano, Hiroshi Naraoka, Naoki Watanabe, Akira Kouchi
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Formation of deuterated molecules by photolysis of interstellar ice analogs containing deuterated methanol isotopologs2017

    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アモルファス氷との水素結合による反応抑制効果:ジメチルエーテルからの量子トンネル水素引抜き反応について2016

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,渡部 直樹,香内 晃
    • 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(富山県・富山市)
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 極低温表面における硫化水素の重水素置換反応2016

    • 著者名/発表者名
      都丸 琢斗,大場 康弘,香内 晃,渡部 直樹
    • 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(富山県・富山市)
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogen-deuterium substitution of solid dimethyl ether by reaction with deuterium atoms at 15 K2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      European Conference on Laboratory Astrophysics
    • 発表場所
      CSIC, Madrid, Spain
    • 年月日
      2016-11-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative Catalytic Effect of Amorphous Solid Water on the Hydrogen Abstraction from Dimethyl Ether with Deuterium Atoms at Low Temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      ISM2016
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-10-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative catalytic effect of amorphous solid water on the surface reaction of dimethyl ether with deuterium atoms at 15 K2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      Chemistry and Physics at Low Temperatures 2016
    • 発表場所
      Biarritz, France
    • 年月日
      2016-07-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum-tunneling hydrogen abstraction from dimethyl ether-water complex solid at low temperatures: on the effect of complex formation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      化学反応討論会
    • 発表場所
      大宮ソニックシティ ソニックシティホール(埼玉県・さいたま市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 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2016

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「宇宙分子進化」第4回全体集会
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 疑似星間塵氷の光化学反応で生成するアミノ酸の重水素置換体存在度2016

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,高野 淑識,渡部 直樹,香内 晃
    • 学会等名
      日本地球化学会第63回年会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 研究者ホームページ

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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