彗星の各種分子の元素同位体比と鉱物の熱履歴から探る原始太陽系円盤の物質輸送

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14541
• 研究機関: 京都産業大学
• 研究代表者: 新中 善晴 京都産業大学, 神山天文台, 研究員 (60774429)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 彗星 / 揮発性分子 / 酸素禁制線 / ダスト / 偏光

研究実績の概要

原始太陽系円盤内での物質輸送を理解するため、46億年前に原始太陽系円盤で形成した微惑星残存物である彗星をプローブとして下記を実施した。
まず各種分子種の元素同位体比及び氷の主成分であるH2O, CO2, COの化学組成比から彗星の形成温度を推定した。化学組成比の推定はコマ中の酸素禁制線を用いた。従来の推定手法では、酸素禁制線の線幅を説明できないことやCO分子の寄与を無視する等の問題があった。そこでDSMC法を用いて各種分子・原子について彗星核からの昇華、コマ中での光解離反応や衝突などを考慮して、運動をシミュレートする彗星コマの物理モデルを開発した。このモデルを21P彗星に適用した結果、上記の問題の解決に加えて、同彗星のCO2の存在量比が彗星の平均的な範囲と比べて優位に小さいことを示した。次に形成距離やダストの性質に関して、21P彗星の熱輻射スペクトルから鉱物の組成比、結晶質／非晶質比、サイズ分布を決定し、同彗星が他の彗星と比べて平均的な太陽距離で形成されたことを示した。また、同彗星の偏光撮像画像から、コマ中でダストの崩壊は生じているが、偏光度が優位に変わるほどのダスト特性（組成、空隙率、サイズ分布）が変化していないことを示した。上記の結果や先行研究の知見を組み合わせ、21P彗星は典型的な距離でありながら他の場所より暖かい場所で形成されたことを示した。今後は統計的な議論をするためサンプルを増やしていく。
この他に、本課題で開発した彗星コマの物理モデルをC/2014 Q2彗星のコマの空間分布に適用し、これまで彗星核から直接放出されると考えられていたNH3が別の分子等から二次的に生成されていること、元となる分子は太陽紫外線による光解離に対して500秒程度の寿命を持つことを明らかにした。具体的な分子は明らかにできていないが、本結果は今後の実験室での起源物質調査への基礎情報となる。

研究成果

• [国際共同研究] Johns Hopkins University/NASA Goddard Space Flight Center/American University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Johns Hopkins University/NASA Goddard Space Flight Center/American University
  • 他の機関数: 7
• [国際共同研究] Universite de Liege(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: Universite de Liege
• [国際共同研究] University of Bern(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Bern
• [国際共同研究] University of Paris(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Paris
• [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 ページ: 207～207
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acfee7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optical Imaging Polarimetry of Comet 21P/Giacobini?Zinner during Its 2018 Apparition (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinnaka Yoshiharu、Kawakita Hideyo、Kobayashi Hitomi、Furusho Reiko、Watanabe Jun-ichi
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 4 ページ: 125～125
  • DOI: 10.3847/PSJ/acdf49
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Return of the Rosetta Target: Keck Near-infrared Observations of Comet 67P/Churyumov?Gerasimenko in 2021 (2023)
  • 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 ページ: 233～233
  • DOI: 10.3847/1538-3881/acee59
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Comet observations: science background and open questions (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Shinnaka
  • 学会等名: Planet seminar at NAOJ
• [学会発表] 将来の日本の彗星探査計画 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新中善晴
  • 学会等名: 第51回彗星会議 in 倉敷
• [学会発表] Forbidden atomic oxygen lines far from the Sun for dynamically new comet C/2017 K2 (PanSTARRS) (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Shinnaka, H. Kawakita, H. Kobayashi
  • 学会等名: DPS-EPSC 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding Phosphorus Chemistry in Cometary Comae (2023)
  • 著者名/発表者名: Boice, A. A. de Almeida, H. Kawakita, H. Kobayashi, Y. Shinnaka
  • 学会等名: DPS-EPSC 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Parent Volatiles in Jupiter-Family Comets: Insights and Open Questions from Recent Ground-Based Infrared Studies (2023)
  • 著者名/発表者名: B. P. Bonev, N. Dello Russo, E. L. Gibb, M. A. DiSanti, Y. Khan, N. X. Roth, S. Faggi, A. J. McKay, C. Finley, M. Saki, R. J. Vervack, H. Kawakita, Y. Shinnaka, H. Kobayashi, G. L. Villanueva, T. Ootsubo, C. T. Ejeta
  • 学会等名: Asteroids, Comets, Meteors Conference 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Comet Interceptor搭載水素イメージャによる彗星コマ中の水素の温度およびD/H比の測定可能性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 雄大、吉岡 和夫、村上 豪、桑原 正輝、亀田 真吾、田口 真、吉川 一朗、河北 秀世、新中 善晴
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • 国際学会
• [備考] 彗星コマ中のアンモニア分子はどこから来たか？
  • URL: https://www.kyoto-su.ac.jp/news/20231121_859_comet.html
• [備考] ジャコビニ・ツィナー彗星でダストは崩壊していなかった
  • URL: https://www.kyoto-su.ac.jp/news/20230717_859_comet.html