極低温星間塵表面反応による水分子の重水素濃集

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21540502
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡部 直樹 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50271531)
• 研究分担者: 日高 宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
• キーワード: 地球外物質化学 / 重水素濃集

研究概要

本研究の目的は水分子の重水素濃集に対する星間塵表面反応の寄与を実験により定量化することである.平成21年度は氷星間塵表面反応による水分子生成実験をより定量的に行ない,これまでの研究では分からなかった以下の知見が得られた.(1)以前の実験で,低温O_2固体(8K)に水素原子を照射した際に得られるH_2O_2,H_2Oの生成量がH_2O_2>>H_2Oとなっていたのは,H原子の固体内拡散が小さいことが原因だった.O_2とH原子を同時に低温基板に蒸着することによりH_2O(氷)の生成量が飛躍的に増加した.宇宙環境では同時照射の実験条件に近い.(2)O_2と水素原子の反応により生成されるアモルファス(H_2O)氷の赤外線吸収スペクトルを観測したところ,ダングリングボンドによるバンドが見られなかった.これはH_2Oの蒸着により生成したアモルファス氷とは異なる特徴であり,反応により生成したアモルファス氷は空隙の少ないコンパクトな構造であることを示している.また,この特徴は天文観測による氷星間塵のスペクトルとよく一致し,氷星間塵がO_2と水素原子の塵表面反応により形成されたことを示唆している.

研究成果

• [雑誌論文] Formation mechanisms of oxygen atoms in the O(^3P_J) state from the 157nm photoirradiation of amorphous water ice at 90K (2009)
  • 著者名/発表者名: Hama, et al.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 131 ページ: 114511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation mechanisms of oxygen atoms in the O(^1D_2) state from the 157nm photoirradiation of amorphous water ice at 90K (2009)
  • 著者名/発表者名: Hama, et al.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 131 ページ: 114510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction routes in the CO-H_2CO-d_n-CH_3OH-d_m system clarified from H(D) exposure of solid formaldehyde at low temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: Hidaka, et al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 702 ページ: 291-300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of compact amorphous H2O ice by codeposition of hydrogen atoms with oxygen molecules on grain surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Oba, et al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 701 ページ: 464-470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Translational and rotational energy measurements of photodesorbed water molecules in their vibrational ground state from amorphous solid water (2009)
  • 著者名/発表者名: Yabushita, et al.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal Letters 699 ページ: L80-L83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonenergetic reactions between atomic hydrogen and molecules on interstellar grain surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 194 ページ: 012044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen isotope exchange and H(D) atom addition reaction of solid formaldehyde on amorphous solid water at low temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: Hidaka, et al.
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 194 ページ: 132024
  • 査読あり
• [雑誌論文] 極低温星間塵表面原子反応による水分子生成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘, 宮内直弥, 千貝健, 日高宏, 渡部直樹, 香内晃
  • 雑誌名: 地球化学 43 ページ: 117-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] 宇宙における水分子生成過程の解明に至るまで (2009)
  • 著者名/発表者名: 香内晃, 渡部直樹
  • 雑誌名: 雪氷 71 ページ: 395-401
  • 査読あり
• [学会発表] Tunneling reactions of atomic hydrogen and molecules on amorphous solid water at very low temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Watanabe
  • 学会等名: ILTS International Symposium "Frontier of Low Temperature Science"
  • 発表場所: Hokkaido Univ.(札幌市)
  • 年月日: 2009-11-10
• [学会発表] Tunneling reactions of atomic hydrogen and molecules on amorphous solid water at very low temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Watanabe, et al.
  • 学会等名: Horiba-ISSP International Symposium on "Hydrogen and water in condensed matter physics"
  • 発表場所: Seimei-no-Mori Resort(千葉県長柄町)
  • 年月日: 2009-10-16
• [学会発表] Surface reactions of hydrogen atoms with oxygen molecules at low temperatures : A potential route for the H2O formation in space (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Oba, et al.
  • 学会等名: Horiba-ISSP International Symposium on "Hydrogen and water in condensed matter physics"
  • 発表場所: Seimei-no-Mori Resort(千葉県長柄町)
  • 年月日: 2009-10-13
• [学会発表] Quantum tunneling in the H-D substitution and the H(D) atom addition reactions of formaldehyde on low temperature surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Hidaka, et al.
  • 学会等名: Horiba-ISSP International Symposium on "Hydrogen and water in condensed matter physics"
  • 発表場所: Seimei-no-Mori Resort(千葉県長柄町)
  • 年月日: 2009-10-13
• [学会発表] 低温固体表面における水素,窒素原子結合反応によるアンモニア分子生成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 日高宏, 渡辺元浩, 香内晃, 渡部直樹
  • 学会等名: 日本惑星科学会2009年秋季講演会
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] 氷星間塵表面におけるホルムアルデヒドの重水素化経路の特定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺元浩, 日高宏, 渡部直樹, 香内晃
  • 学会等名: 日本惑星科学会2009年秋季講演会
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] 低温ホルムアルデヒド固体表面における水素・重水素原子トンネル反応 (2009)
  • 著者名/発表者名: 日高宏, 渡辺元浩, 香内晃, 渡部直樹
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大(熊本市)
  • 年月日: 2009-09-27
• [学会発表] 低温アモルファス氷表面における水素原子の拡散・脱離 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡部直樹, 香内晃, 木村勇気
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本市)
  • 年月日: 2009-09-27
• [学会発表] 極低温表面反応CO+OHによるCO_2分子生成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘,渡部直樹,日高宏,香内晃,Varelio Pirronello
  • 学会等名: 日本地球化学会第56回年会
  • 発表場所: 広島大学(東広島市)
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] Hydrogen isotope exchange and H(D) atom addition reaction of solid formaldehyde on amorphous solid water at low temperature (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Hidaka, et al.
  • 学会等名: XXVI International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2009-07-27
• [学会発表] Nonenergetic Reactions Between Hydrogen And Molecules On Interstellar Grain Surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Watanabe
  • 学会等名: XXVI International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions
  • 発表場所: Michigan, USA
  • 年月日: 2009-07-24
• [学会発表] Formation of compact amorphous H2O ice by a reaction of hydrogen atoms with oxygen molecules at low temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Oba, et al.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Physics & Chemistry of Matrix-Isolated Species
  • 発表場所: Oxford, UK
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Reactions of Hydrogen Atoms and Molecules on Amorphous Solid Water at Very Low Temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Watanabe
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Physics & Chemistry of Matrix-Isolated Species
  • 発表場所: Oxford, UK
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] 極低温表面原子反応によるアモルファスH_2O氷生成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大場康弘, 他
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉市)
  • 年月日: 2009-05-21
• [学会発表] 水素原子の表面拡散は速いか?:CO固体表面の場合 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気, 他
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉市)
  • 年月日: 2009-05-21
• [学会発表] 極低温表面原子反応による分子雲での分子進化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 香内晃, 他
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉市)
  • 年月日: 2009-05-20