彗星塵に含まれる微粒子GEMSの再現実験からみる初期太陽系物質の起源

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13J01031
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松野 淳也 京都大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
• キーワード: 宇宙塵 / 彗星 / 非晶質珪酸塩

研究概要

彗星起源と考えられる惑星間塵中に含まれるGEMSは太陽系の主要な固体物質のなかで最も始原的なもののうちの一つであり、これが太陽系内の凝縮物(cf. Keller and Messenger, 2013)か、あるいは原始惑星系円盤内での様々な変成プロセスを逃れた星間塵(cf. Bradley, 2013)かと議論が起きている。本研究はGEMSの模擬粒子を凝縮実験によって合成し、GEMSの起源を制約することである。
平成25年度の研究計画は、(1)Mg0-Si02-Fe0-Fe系において珪酸塩-金属系の凝縮実験を行い、GEMSの再現をめざす、(2)合成物の評価をXRD, FE-SEM, TEM-EDS, XAFS, FT-IRを用いて行なう、(3)酸化還元の雰囲気制御の方法を確立する、(4)実験装置を改造し、冷却速度を実験パラメータとして扱えるようにする、(5)成果を研究会で議論、学会発表・論文執筆する、である。(1)-(3)については非常に研究が進展し、Si-Mg-Fe-Al-Ca-Ni-0の7成分系で0/Si比を変えて実験を行なったところ、0/Si比が2.3の実験生成物には直径が50㎜程度の球状の非晶質珪酸塩がみられ、その内部に複数の金属鉄の包有物をもっ組織が槻察された。また阻石試料を用いた実験に還元的条件で成功し、硫化鉄粒子が非晶質珪酸塩表面に付着していた。S-bearing系での凝縮過程でもGEMS様粒子は合成できることを証明したことは当初の期待以上の成果であった。またFT-IRの結果が、実験合成物が天文観測やGEMSのものと良く一致していたことも重要な成果であった。(5)について、一連の成果は国際/国内学会・研究会にて発表がなされ、現在学術論文誌への投稿を準備している。なお(4)については実験装置を管理している共同研究者が他大学へ転出し、実験装置の移設を行なったため、実現できなかった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

GEMSの再現実験において、阻石試料を用いた実験に還元的条件で成功し、S-beahng系での凝縮過程でもGEMS様粒子は合成できることを証明したことは当初の期待以上の成果であった。またFTIRの結果が、実験合成物が天文観測やGEMSのものと良く一致していたことも重要な成果であったから。

今後の研究の推進方策

冷却速度・ガス濃度を変化させた実験を行ない、粒子生成と成長の理論と比較する事で、GEMSの形成場の推定を試みる。冷却速度が一桁下がるか、ガス濃度が一桁上がると合成される粒子サイズは一桁上がると見積もられている。彗星起源の惑星間塵にはGEMs粒子よりも一桁大きな粒子として、結晶のMgsiO3やMg2SiO4が存在し、特徴的な外形としている。これらの模擬粒子が実験で合成されればGEMSの形成・起源モデルをより制約できる。

研究成果

• [雑誌論文] Three-dimensional microstructure of samples recovered from asteroid 25143 Itokawa : Comparison with LL5 and LL6 chondrite particles. (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuchiyama, M. Uesugi, K. Ii esugi, T. Nakano, R. Noguchi, T Matsumoto, J. Matsuno, T. Nagano, Y. Imai, A. Shimada, A. Takeuchi, Y. Suzuki, T. Nakamura, T. Noguchi, M. Abe, T. Yada, A . Fujimura
  • 雑誌名: Meteor. & Planet. Sci. 巻: 49 ページ: 172-187
  • DOI: 10.1111/maps.12177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space weathered rims found on the surfaces of the Itokawa dust particles. (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Noguchi, M. Kimura, T. Hashimoto, M. Konno, T. Nakamura, M. E. Zolensky, R. Okazaki, M. Tanaka, A. Tsuchiyama, A. Nak ato, T. Ogami, H. Ishida, R. Sag ae, S. Tsujimoto, T. Matsumoto, J. Matsuno, A. Fujimura, M. Ab e, T. Yada, T. Mukai, M. Ueno, T. Okada, K. Shirai, Y. Ishibashi
  • 雑誌名: Meteor. & Planet. Sci 巻: 49 ページ: 188-214
  • DOI: 10.1111/maps.12111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical dual-energy microtomography : A new method for obtaining three-dimensional mineral phase images and its apprication to Hayabusa samples. (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuchiyama, T. Nakano, K. U esugi, M. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, R. Noguchi, T. Matsu moto, J. Matsuno, T. Nagano, Y. Imai, T. Nakamura, T. Ogami, T. Noguchi, M. Abe, T. Yada, A. Fujimura
  • 雑誌名: Geochemi. Cosmochemi. Acta 巻: 116 ページ: 5-16
  • DOI: 10.1016/j.gca.2012.11.036
  • 査読あり
• [学会発表] GEMS-like grains produced by condensation experiment. (2014)
  • 著者名/発表者名: Junya Matsuno, Akira Tsuchiyama, Jun Noda, Manabu Tanaka, Takayuki Watanabe Chiyoe Koike and Hiroki Chihara.
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 2014-03-17
• [学会発表] 熱プラズマ法による非晶質珪酸塩微粒子の合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野淳也
  • 学会等名: 宇宙における分子進化 : 星間雲から原始惑星系へ平成25年度研究集会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2013-11-28
• [学会発表] Amorphous silicate dust formed by condensation experiments : a key to GEMS formation process. (2013)
  • 著者名/発表者名: Junya Matsuno, Akira Tsuchiya ma, Chiyoe Koike, Hiroki Chihara, Jun Nada, Manabu Tanaka and Takayuki Watanabe.
  • 学会等名: The Life Cycle of Dust in the Universe
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2013-11-22
• [学会発表] 高周波熱プラズマを用いた太陽系の始原物質GEMSの再現 : 7成分系における0/Si比の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野淳也、土山明、野田淳、田中学、渡辺隆行
  • 学会等名: プラズマ材料科学シンポジウム2013
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2013-09-23
• [学会発表] 高温ガスの凝縮実験によるGEMSの再現 : 7成分系におけるO/Si比の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野淳也、土山明、野田淳、八木下将史、渡辺隆行
  • 学会等名: 日本鉱物科学学会秋季大会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2013-09-11
• [学会発表] Interpretation of XRD and IR in amorphous MgSiO3 before crystallization of enstatite with heat treatment. (2013)
  • 著者名/発表者名: Junya Matsuno, Akira Tsuchiya ma, Chiyoe Koike, Hiroki Chiha ra, Shinji Kohara, Yoshinori Kit ajima, Akira Yoshiasa, Yusuke Seto, Ryohei Takahashi, Yuta Ima i and Keisuke Murata
  • 学会等名: The 6th meeting on Cosmic Dust
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2013-08-08
• [学会発表] 非晶質MgSiO3の加熱における構造変化 : 水の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松野淳也、土山明、小池千代枝、茅原弘毅、小原真司、北島義典、吉朝朗、瀬戸雄介、高橋竜平、今井悠太、村田敬介
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合連合大会2013年
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2013-05-22