分子雲における氷・有機物生成

2017 年度 実績報告書

• 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: 25108002
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)
• 研究分担者: 羽馬 哲也 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (20579172) ; 日高 宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010) ; 橘 省吾 東京大学, 理学系研究科, 教授 (50361564) ; 薮下 彰啓 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (70371151) ; 荒木 光典 東京理科大学, 総合研究機構, プロジェクト研究員 (90453604) ; 中野 英之 京都教育大学, 教育学部, 准教授 (80554310)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 星間分子雲 / 表面原子反応 / 光化学反応 / 氷 / 有機物

研究実績の概要

星間分子雲における，氷・有機物の生成・進化過程の全体像を明らかにすることを目的とする．本研究計画では，分子雲に存在する低温の星間塵上で起こる原子反応および光化学反応に関する実験を系統的・定量的におこなう．その上で，各種反応の反応速度，生成物の分岐比などを決定する．実験生成物の化学組成・同位体組成は分析班で分析し，観測班・理論班の研究成果を包括することにより，分子雲における化学進化の大筋を描き出す．

極低温表面原子反応実験装置を用いて，10Kで硫化水素（H2S）へH原子を照射し，引き抜き反応と続いて起こる付加反応を調べた．その結果，反応熱によって生成されたH2Sが効率的に脱離することを見いだした．この結果は，なぜ10Kという極低温にもかかわらず，星間分子雲の気相中に多種類の星間分子が存在するのかという50年来の疑問へ答えるものである．

光化学反応実験装置を用いて，不純物を含む氷（H2O, CO, CH3OH, NH3）への紫外線照射による有機物生成実験を引き続き行った．生成された有機物の粘弾性測定を-150から300℃まで行った．さらに有機物を透過型電子顕微鏡内で600℃まで加熱する実験を行い，構造および元素組成の変化を初めて明らかにした．この結果は，太陽系始原有機物と実験結果の比較により，太陽系の始原有機物がどのような組成の氷から生成されたかを明らかにすることができる事を示したものである．昨年度に氷結晶に紫外線を照射して生成されたアモルファスH2O氷を透過型電子顕微鏡で観察し，50から140Kの広い範囲で粘性の大きな液体になっていることを見出した．今年度はさらに，蒸着法で作製したアモルファスH2O氷に紫外線を照射した場合でも液化現象が生じることを確認し，形状変化を観察しなくても回折像のハローパターンを解析することにより液化現象を確認できることを見いだした．

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。

研究成果

• [国際共同研究] 岩石学・地球化学研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: 岩石学・地球化学研究所
• [国際共同研究] Instituto de Estructura de la Materia(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Instituto de Estructura de la Materia
• [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 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] Water diffusion in silica glass through pathways formed by hydroxyls (2018)
  • 著者名/発表者名: M.Kuroda, S. Tachibana, N. Sakamoto, M. Nakamura, S. Okumura, H. Yurimoto
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 103 ページ: 412-417
  • DOI: 10.2138/am-2018-6208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In situ 60Fe-60Ni systematics of chondrules from unequilibrated ordinary chondrites (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Telus, G. R. Huss, K. Nagashima, R. C. Ogliore, and S. Tachibana
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 221 ページ: 342-357
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.06.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CO2 formation yields from different states of CO adsorbed on amorphous solid water under 157 nm photoirradiation (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Matsuda, M. Yamazaki, A. Harata, A. Yabushita
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 ページ: 468-471
  • DOI: 10.1246/cl.171121
• [雑誌論文] 超高真空極低温透過型電子顕微鏡の開発─氷のその場観察をめざして─ (2018)
  • 著者名/発表者名: 香内晃，日高宏，羽馬哲也，木村勇気，渡部直樹，中坪俊一，藤田和之，新堀邦夫，池田正幸
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 80 ページ: 19-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] 宇宙図を書き換えるフラーレンイオンC60+の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒木光典
  • 雑誌名: 天文月報 巻: 5 ページ: 308-314
  • 査読あり
• [雑誌論文] 氷表面に吸着したCOの真空紫外光脱離 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田晶平，山崎元気，原田明，薮下彰啓
  • 雑誌名: 総合理工学報告 巻: 39 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] ピンホールカメラの分解能に関する実験的研究-月面クレーターを捉えることのできるピンホールカメラをつくる- (2018)
  • 著者名/発表者名: 今村智陽・中野英之
  • 雑誌名: 日本写真学会誌 巻: 81 ページ: 2-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] 教員養成系大学の学生を対象とした液晶セルの作製実習 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤創紀・中野英之
  • 雑誌名: 工学教育 巻: 66 ページ: 84-88
  • 査読あり
• [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 ページ: 122 (9pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8ea5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Situ Nondestructive Analysis of Kalanchoe pinnata Leaf Surface Structure by Polarization-Modulation Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hama, A. Kouchi, N. Watanabe, S. Enami, T. Shimoaka, T. Hasegawa
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 121 ページ: 11124-11131
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b09173
  • 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: S. Tachibana, A. Kouchi, T. Hama, Y. Oba, L. Piani, I. Sugawara, Y. Endo, H. Hidaka, Y. Kimura, K. Murata, H. Yurimoto, and N. Watanabe
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: eaao2538（6pp)
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao2538
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fast crystalline ice formation at extremely low temperature through water/neon matrix sublimation (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hama, S. Ishizuka, T. Yamazaki, Y. Kimura, A. Kouchi, N.Watanabe, T. Sugimoto, V. Pirronello
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 ページ: 17677-17684
  • DOI: 10.1039/C7CP03315J
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust formation and wind acceleration around the aluminum oxide-rich AGB star W Hydrae (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Takigawa, T. Kamizuka, S. Tachibana and I. Yamamura
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: eaao2149 (5pp)
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao2149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation of an ultracarbonaceous antarctic micrometeorite through minimal aqueous alteration in a small porous icy body (2017)
  • 著者名/発表者名: H.Yabuta, T. Noguchi, S.Itoh, T. Nakamura, A. Miyake, S. Tsujimoto, N. Ohashi, N. Sakamoto, M. Hashiguchi , K.Abe , A. Okubo, A. L. D. Kilcoyne, S. Tachibana, R. Okazaki, K. Terada, M. Ebihara, H.Nagahara
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 214 ページ: 172-190
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.06.047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long carbon chains in the warm-carbon-chain-chemistry source L1527: First detection of C7H in molecular clouds (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Mitsunori, S. Takano, N. Sakai, S. Yamamoto, T. Oyama, N. Kuze, and K. Tsukiyama
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 847 ページ: 51 (7 pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa8637
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antimicrobial effect of blue light using Porphyromonas gingivalis pigment (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshida, H. Sasaki, T. Toyama, M. Araki, J. Fujioka, K.Tsukiyama, N. Hamada, and F. Yoshino
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 5225 (9 pp)
  • DOI: 10.1038/s41598-017-05706-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time resolved temperature measurement of polymer surface irradiated by mid-IR Free electron laser (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Mitsunori , T. Chiba, T. Oyama, T. Imai, and K. Tsukiyama
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, B 巻: 405 ページ: 11-14
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.04.093
  • 査読あり
• [雑誌論文] 星間塵表面における量子トンネル水素付加反応：その同位体効果と表面構造依存 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽馬哲也，渡部直樹，香内晃
  • 雑誌名: 触媒 巻: 59 ページ: 242-248
  • 査読あり
• [雑誌論文] 氷表面やバルク氷での化学反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 薮下彰啓
  • 雑誌名: 大気化学研究 巻: 37 ページ: 037A04 （7pp）
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Studies on the Metamorphism of Interstellar Organic Materials in Meteorites' Parent Bodies (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Hirakawa, H. Nakano, A. Kouchi
  • 雑誌名: Lunar and Planetary Science XLVIII 巻: 48 ページ: 1383(2pp)
• [学会発表] In Situ Observation of Amorphous Ices by Ultrahigh Vacuum TEM (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kouchi
  • 学会等名: 2018 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The ortho-to-para ratio of water moleculesdesorbed from ice made from para-water monomers (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hama
  • 学会等名: Hydride Chemistry: From Earth to Space workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of sample return missions from small bodies in Solar System science (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tachibana
  • 学会等名: Volatile elements in the Solar System. Winter school at the Ecole de Physique des Houches in the French Alps
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hayabusa2: Sample return from C-type near-Earth asteroid (162173) Ryugu (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tachibana
  • 学会等名: Royal Astronomical Society Specialist Discussion meeting 'Science of Primitive Asteroid Sample Return Missions',
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hayabusa2: Sample return from a C-type near Earth asteroid Ryugu (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tachibana
  • 学会等名: Seminar at Institute of Geology, Mineralogy and Geophysics, Ruhr-Universiat Bochum
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nuclear spin isomers of water photodesorbed from ice at 10K towards understanding the origin of interstellar water (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hama
  • 学会等名: The 21st East Asian Workshop on Chemical Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of liquid-like behavior of UV-irradiated amorphous ices (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kouchi, S. Tachibana, T. Hama, Y. Oba, L. Piani, I. Sugawara, Y. Endo, H. Hidaka, Y. Kimura, K. Murata, H. Yurimoto, and N. Watanabe
  • 学会等名: Meeting on DIPPS (Dust and Ice Particles Spectroscopy and Scattering)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of molecules in space: From interstellar clouds to proto-planetary nebulae (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kouchi
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」研究会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 質量分析法を用いた模擬星間物質のキャラクタリゼーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 中山 美紀 , 三田 肇 , 奈良岡 浩 , 石橋 之宏 , 橘 省吾, 羽馬 哲也, 菅原 い よ, ピアニ ローレット, 香内 晃
  • 学会等名: 2017年度日本地球化学会年会
• [学会発表] Ortho-to-para ratio of water desorbed from ice and its implications for astronomy and planetary science (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hama, A. Kouchi, N. Watanabe
  • 学会等名: ICPEAC 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebula (2017)
  • 著者名/発表者名: 香内 晃, 橘 省吾
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Ortho-to-para ratios of hydrogen molecules desorbed from ice at around 10 K: What happens on cosmic ice dust? (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Watanabe,H. Ueta, T. Hama, A. Kouchi
  • 学会等名: The 253thAmerican Chemical Society National Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 北海道大学低温科学研究所 宇宙物質科学宇宙雪氷学グループHP
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/index.html
• [備考] 宇宙における分子進化：星間雲から原始惑星系へ
  • URL: https://www.astromolecules.org/