原始惑星系円盤から太陽系へ：有機分子の化学進化

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03910
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 野村 英子 国立天文台, 科学研究部, 教授 (20397821)
• 研究分担者: 薮田 ひかる 広島大学, 理学研究科, 教授 (30530844)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 星・惑星形成 / 原始惑星系円盤 / 星間化学

研究実績の概要

R1年度は、(1)氷マントル反応の実験に基づき反応率の定式化を行い、それを用いて氷マントル反応を含めた化学反応ネットワークを構築した。さらに、その反応ネットワークをFU Ori型アウトバースト期の原始惑星系円盤の物理状態に適用して計算を行い、温度が120K以上の高温下で氷マントル反応が効率よく起こることを示した。その結果を、特にカルバミン酸アンモニウム塩の生成に着目し、67P/チュリモフ・ゲラシメンコ彗星の観測結果と比較して、彗星形成時の円盤の物理状態、特に質量降着率に制限を与えた。これにより、彗星構成物質生成において氷反応が果たしうる重要性を示した。また、(2)円盤のモデル計算に基づき、次世代赤外線衛星SPICAにより、円盤内縁から放射されるメタノール分子輝線が観測可能であることを示した。これとALMA観測により、円盤内外の幅広い温度範囲における氷表面反応が検証できる可能性が示された。さらに、(3)原始惑星系円盤における窒素同位体を含む化学反応計算を行い、ALMA観測により円盤モデルに制限を与える準備を整えた。また一方で、(4)小惑星リュウグウ表面の反射スペクトルと似たスペクトルを示したJbilet Winselwan隕石の炭化水素分析、および酸不溶性有機物の元素・同位体・分光分析を行い、小惑星リュウグウと隕石グループとの対応づけを試みた。その結果、リュウグウは穏やかな加熱を受けたCM隕石またはTagish Lake隕石に類似する可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

R1年度は、氷反応を含めた化学反応ネットワークを構築し、原始惑星系円盤の物理状態下での計算に成功した。さらに、計算結果にもとづき、彗星物質生成過程への制限を与えた。一方で、小惑星リュウグウと類似の隕石の室内分析により、リュウグウ構成物質に制限を与えた。

今後の研究の推進方策

原始惑星系円盤における窒素同位体を含む化学反応計算を行い、ALMA観測により円盤モデルに制限を与える。また、氷マントル反応を用いた化学反応計算をはやぶさ２の観測結果に応用させる手法を開発する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Leeds/Queen’s University Belfast(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Leeds/Queen’s University Belfast
• [国際共同研究] Aix-Marseille Universite(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Aix-Marseille Universite
• [国際共同研究] National Central University(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Central University
• [国際共同研究] Kyung Hee University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Kyung Hee University
• [雑誌論文] Possibility to locate the position of the H2O snowline in protoplanetary disks through spectroscopic observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Notsu Shota、Nomura Hideko、Walsh Catherine、Honda Mitsuhiko、Hirota Tomoya、Akiyama Eiji、Tsukagoshi Takashi、Booth Alice S.、Millar T. J.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 14 ページ: 393～395
  • DOI: 10.1017/S1743921319003053
  • 国際共著
• [雑誌論文] Searching for methylamine in Orion-KL using ALMA archival data (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamoto Harumi、Oya Yoko、Tomoya Hirota、Nomura Hideko
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 14 ページ: 386～387
  • DOI: 10.1017/S1743921319002965
• [雑誌論文] ALMA observations of sulfur-bearing molecules in protoplanetary disks (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura H.、Higuchi A.、Sakai N.、Yamamoto S.、Nagasawa M.、Tanaka K.K.、Miura H.、Nakamoto T.、Tanaka H.、Yamamoto T.、Walsh C.、Millar T.J.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 14 ページ: 360～361
  • DOI: 10.1017/S1743921319002072
  • 国際共著
• [雑誌論文] Chemistry in carbon-rich protoplanetary disks: Effect of carbon grain destruction (2020)
  • 著者名/発表者名: Wei Chen-En、Nomura Hideko、Lee Jeong-Eun、Ip Wing-Huen、Walsh Catherine、Millar T. J.
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 14 ページ: 289～290
  • DOI: 10.1017/S1743921318008633
  • 国際共著
• [雑誌論文] The Detection of Dust Gap-ring Structure in the Outer Region of the CR Cha Protoplanetary Disk (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Seongjoong、Takahashi Sanemichi、Nomura Hideko、Tsukagoshi Takashi、Lee Seokho、Muto Takayuki、Dong Ruobing、Hasegawa Yasuhiro、Hashimoto Jun、Kanagawa Kazuhiro、Kataoka Akimasa、Konishi Mihoko、Liu Hauyu Baobab、Momose Munetake、Sitko Michael、Tomida Kengo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 888 ページ: 72～72
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab5d2b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly porous nature of a primitive asteroid revealed by thermal imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Tatsuaki, Fukuhara Tetsuya, Tanaka Satoshi, Taguchi Makoto, Arai Takehiko, Senshu Hiroki, Sakatani Naoya, Shimaki Yuri, Demura Hirohide, Ogawa Yoshiko, Suko Kentaro, Sekiguchi Tomohiko, Kouyama Toru, Takita Jun, Matsunaga Tsuneo, Imamura Takeshi, Wada Takehiko,…, Yabuta Hikaru, … et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 579 ページ: 518～522
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2102-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 原始惑星系円盤の有機分子と硫黄系分子：モデルとALMA 観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野村英子，樋口あや，坂井南美，山本智，長沢真樹子，田中今日子，三浦均，中本泰史，田中秀和，山本哲生，Catherine Walsh，Tom J. Millar
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 78 ページ: 165-172
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.78.165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALMA Observations of Layered Structures due to CO Selective Dissociation in the ρ Ophiuchi A Plane-parallel PDR (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi M.、Hara C.、Kawabe R.、Nakamura F.、Kamazaki T.、Takekoshi T.、Shimajiri Y.、Nomura H.、Takakuwa S.、Francesco J. Di
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 875 ページ: 62
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0d80
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dust Continuum Emission and the Upper Limit Fluxes of Submillimeter Water Lines of the Protoplanetary Disk around HD 163296 Observed by ALMA (2019)
  • 著者名/発表者名: Notsu Shota、Akiyama Eiji、Booth Alice、Nomura Hideko、Walsh Catherine、Hirota Tomoya、Honda Mitsuhiko、Tsukagoshi Takashi、Millar T. J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 875 ページ: 96
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0ae9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of An au-scale Excess in Millimeter Emission from the Protoplanetary Disk around TW Hya (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsukagoshi Takashi、Muto Takayuki、Nomura Hideko、Kawabe Ryohei、Kanagawa Kazuhiro D.、Okuzumi Satoshi、Ida Shigeru、Walsh Catherine、Millar Tom J.、Takahashi Sanemichi Z.、Hashimoto Jun、Uyama Taichi、Tamura Motohide
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 878 ページ: L8
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab224c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The First Detection of 13C17O in a Protoplanetary Disk: A Robust Tracer of Disk Gas Mass (2019)
  • 著者名/発表者名: Booth Alice S.、Walsh Catherine、Ilee John D.、Notsu Shota、Qi Chunhua、Nomura Hideko、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 882 ページ: L31
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab3645
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugita S., Honda R., Morota T., Kameda S., Sawada H., Tatsumi E., Yamada M., Honda C., Yokota Y., Kouyama T., Sakatani N., Ogawa K., Suzuki H., Okada T., Namiki N., Tanaka S., Iijima Y., Yoshioka K., Hayakawa M., Cho Y., Matsuoka M., Hirata N., Hirata N., Miyamoto H., …, Yabuta H., … et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 252-252
  • DOI: 10.1126/science.aaw0422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu?A spinning top?shaped rubble pile (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Hirabayashi M., Hirata N., Hirata N., Noguchi R., Shimaki Y., Ikeda H., Tatsumi E., Yoshikawa M., Kikuchi S., Yabuta H., Nakamura T., Tachibana S., Ishihara Y., Morota T., Kitazato K., Sakatani N., Matsumoto K., Wada K., Senshu H., Honda C., Michikami T., Takeuchi H., Kouyama T., Honda R. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 ページ: 268-272
  • DOI: 10.1126/science.aav8032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shock Vaporization/Devolatilization of Evaporitic Minerals, Halite and Gypsum, in an Open System Investigated by a Two‐Stage Light Gas Gun (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa Kosuke、Moriwaki Ryota、Komatsu Goro、Okamoto Takaya、Sakuma Hiroshi、Yabuta Hikaru、Matsui Takafumi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 7258～7267
  • DOI: 10.1029/2019GL083249
  • 国際共著
• [雑誌論文] Images from the surface of asteroid Ryugu show rocks similar to carbonaceous chondrite meteorites (2019)
  • 著者名/発表者名: Jaumann R., Schmitz N., Ho T.-M., Schrider S. E., Otto K. A., Stephan K., Elgner S., Krohn K., Preusker F., Scholten F., Biele J., Ulamec S., Krause C., Sugita S., Matz K.-D., Roatsch T., Parekh R., Mottola S., Grott M., Michel P., ..., Yabuta H., ... et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 365 ページ: 817～820
  • DOI: 10.1126/science.aaw8627
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 惑星形成領域からの様々なガス輝線のALMA観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村 英子
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 28 ページ: 200～206
  • DOI: 10.14909/yuseijin.28.3_200
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] SPICA Observations of Complex Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, Chen-En Wei, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: SPICA 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Carbon grain destruction in protoplanetary disks: implication for the origin of the solar system (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen-En Wei, 野村英子, Wing-Huen Ip, Jeong-Eun Lee, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: Origins of Solar Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Modelling Infrared Line Spectra of Complex Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, Chen-En Wei, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: Extreme Solar Systems IV 2019
  • 国際学会
• [学会発表] MIR Observations of Water and Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子
  • 学会等名: MIR Astronomy - Past 20 years and Future 20 years
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modelling Infrared Line Spectra of Complex Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, Chen-En Wei, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] Modelling Infrared Line Spectra of Complex Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, Chen-En Wei, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: From Protoplanetary Disks through Planetary System Architecture to Planetary Atmospheres and Habitability
  • 国際学会
• [学会発表] Comparing the complex organic molecules in protoplanetary disks with comet 67P/C-G (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen-En Wei, 野村英子, Catherine Walsh, Patrice Teule
  • 学会等名: From Protoplanetary Disks through Planetary System Architecture to Planetary Atmospheres and Habitability
  • 国際学会
• [学会発表] Modelling Infrared Line Spectra of Complex Organic Molecules in Protoplanetary Disks (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村英子, Chen-En Wei, Catherine Walsh, T.J. Millar
  • 学会等名: Planet Formation Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Comparing the complex organic molecules in protoplanetary disks with comet 67P/C-G (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen-En Wei, 野村英子, Catherine Walsh, Patrice Teule
  • 学会等名: Planet Formation Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between visible reflectance at 550 nm and carbon contents in carbonaceous chondrites: Attempt to estimate the bulk carbon contents of asteroid Ryugu’s surface. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yabuta H., Ikehara M., Tatsumi E., Sugita S., Yamashita S., Mogi K., Amano K., Matsuoka M., Kobayashi S. and Nakamura T.
  • 学会等名: The 82nd annual meeting of the Meteoritical Society
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical History of Organic Macromolecules in the Early Solar System: Scientific Strategy and Expected Insights from Asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Yabuta H. and Organic macromolecules initial analysis sub-team
  • 学会等名: Asteroid Science 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Prospects for future analyses of the returned asteroid samples in light of the observation results obtained by Hayabusa2 and OSIRIS-REx missions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yabuta H., Tachibana S., Abe M., Yoshikawa M., Watanabe S., Tsuda Y. and Hayabusa2 Science Team
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polycyclic aromatic hydrocarbons and aliphatic hydrocarbons in Jbilet Winselwan carbonaceous CM chondrite, a possible analog of asteroid Ryugu’s surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Kato H. and Yabuta H.
  • 学会等名: The 82nd annual meeting of the Meteoritical Society
  • 国際学会