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2023 年度 研究成果報告書

氷星間塵内部における新たな反応過程:原子の侵入・拡散・反応

研究課題

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研究課題/領域番号 21H01139
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

柘植 雅士  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (60454211)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード原子拡散 / 化学進化 / 氷星間塵 / 星間分子雲 / 炭素原子
研究成果の概要

極低温の星間分子雲において原子や単純な分子から複雑な分子が生成される初期化学進化過程では、氷で覆われた星間塵(氷星間塵)表面での化学反応が重要な役割を果たすことが知られている。研究代表者らは2020年度までに「氷内部へ水素原子が侵入すること」を見出した。そこで本研究では水素原子の侵入深度の氷構造依存性を明らかにし、他の原子種が同様に氷内部へ侵入することが可能かどうか調べることを目的とした。
本研究により、多孔質の非晶質氷では30 nm以上、星間分子雲で重要な無孔性の氷では2-3 nm程度の深さまで水素原子が侵入することがわかった。また、炭素原子が氷表面を拡散し、氷内部へ侵入しうることを見出した。

自由記述の分野

物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

星間分子雲内での標準的な化学進化モデルでは、氷表面に吸着する原子種は氷内部における分子生成に影響を与えないとされてきた。我々が見出した「氷内部への原子の侵入」という全く新しい反応プロセスは「光や宇宙線を必要としない氷内部の分子進化プロセス」と言い換えることができ、既存の極低温分子雲における分子進化モデルに大きな変更を要請するという学術的意義を持つ。
本研究で、一部の炭素原子は極低温の条件下でも氷表面を動き回ることを明らかした。本発見は、氷微粒子上で炭素原子が様々な分子種と化学反応を起こし大きな有機分子を生成しうることを示唆しており、宇宙における複雑有機分子形成メカニズムの解明に大きく寄与する。

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公開日: 2025-01-30  

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