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2014 年度 実施状況報告書

星・惑星系形成過程における揮発性物質の組成、同位体比、気相・固相分配

研究課題

研究課題/領域番号 23540266
研究機関神戸大学

研究代表者

相川 祐理  神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40324909)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2017-03-31
キーワード星間化学 / 星形成 / 原始惑星系円盤
研究実績の概要

①円盤形成時における揮発性分子の挙動:円盤形成中の天体L1527の観測チームに参加し、観測された分子がエンベロープや形成中の円盤でどのように存在度変動するかについて主に理論的見地から議論した。降着衝撃波におけるSO等揮発性分子の昇華条件をまとめた論文が学術雑誌に掲載された。
②原始惑星系円盤におけるイオン分子存在度:原始惑星系円盤において主要なイオン分子(HCO+, N2H+, H3+)の存在度を数値計算で求め、さらにこれを解析して解析解を導出した。このうちN2H+は最近の観測でCO snow lineの指標になる可能性が観測で示されているが、本研究で得られた解析解はN2H+がCO昇華温度近傍で増加することを明快に示す。また円盤内でのイオン化率(宇宙線によるイオン化の有無など)によってN2H+が1-2桁変動することも示した。この結果は学術雑誌に投稿し、現在、査読コメントに基づいて改定中である。
③星間雲、原始惑星系円盤における重水素濃縮:分子雲や円盤外縁部の低温下での化学反応では、分子の重水素比(XD/XH)が元素の同位体比(D/H ~10-5)よりも高くなることが知られている。近年、この同位体分別に水素のオルソ/パラ比も重要な役割を示すことが指摘された。このオルソ/パラ比を反応ネットワークモデルに取り込み、円盤での重水素比の変化を計算した。また、水氷については分子雲形成時にすでに多く生成されるため、その重水素比については、分子雲形成段階からモデルに取り入れることが重要であるという結論を得た。これらの結果は現在論文にまとめている段階である。
④円盤観測と理論モデル:ハーバード大学のKarin Oberg助教が率いる円盤の電波輝線観測プロジェクトに参加し、③の数値計算で得られた分子組成や重水素比を観測結果と比較している。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究の申請書では①同位体比異常の獲得と喪失②円盤形成における衝撃波化学③snow line近傍の分子組成という3つのテーマを掲げた。若干の方針転換(③は当初、水のsnow iineを考えていたが、観測の進展に合わせてCO snow lineを研究対象とした)はあったが、26年度はこれら3つのすべてについて進展があった。

今後の研究の推進方策

H2CO, CH3OHの重水素化については、ダスト表面での引き抜き・付加反応が効くことが実験で示されている。しかし、反応速度の絶対値が実験では求められないため、これ取り込んだモデル計算はまだ少ない。CH3OHは大型有機分子の材料にもなる重要な分子種であり、一方H2COについては最近観測で重要な進展があった。ダスト表面での重水素化反応を適切にモデルに取り込むことが急務である。

一方、H26年度の研究で得られた円盤内でのイオン分子存在度の解析解を実際に観測されている円盤についても適用し、円盤内でのイオン化率を調べる研究も行いたい。

次年度使用額が生じた理由

研究道具である計算機およびそのソフトウェアは他の研究プロジェクトと同じものを使えるので、研究費を節約できている。また、子育て中で出張の機会が限られる中、学会等、研究発表の機会は他の研究プロジェクトと重複する(同じ学会で複数発表)ことがあったので旅費も予定より抑えられた。

次年度使用額の使用計画

4月に筑波大学に異動し、本研究で使用している計算機も新研究室での電源等の設備が整い次第(7月頃)移設するが、研究環境の変化に伴い、計算機やソフトウェアの新規購入等が必要になる可能性がある。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Evaporation of Grain-surface Species by Shock Waves in a Protoplanetary Disk2015

    • 著者名/発表者名
      Aota, T., Inoue, T. , Aikawa, Y.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 799 ページ: id. 141, 9pp

    • DOI

      10.1088/0004-637X/799/2/141

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Chemical modelling of water deuteration in IRAS16293-24222014

    • 著者名/発表者名
      Wakelam, V., Vastel, C., Aikawa, Y., Coutens, A., Bottinelli, S., Caux, E.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 445 ページ: 2854-2871

    • DOI

      10.1093/mnras/stu1920

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation of a Keplerian Disk in the Infalling Envelope around L1527 IRS: Transformation from Infalling Motions to Kepler Motions2014

    • 著者名/発表者名
      Ohashi, N., Saigo, K., Aso, Y., Aikawa, Y., Koyamatsu, S., Machida, M. N., Saito, M., Takahashi, S. Z., Takakuwa, S., Tomida, K., Tomisaka, K., Yen, H-W.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 796 ページ: id. 131, 11pp

    • DOI

      10.1088/0004-637X/796/2/131

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ALMA Observations of Infalling Flows toward the Keplerian Disk around the Class I Protostar L1489 IRS2014

    • 著者名/発表者名
      Yen, H-W., Takakuwa, S., Ohashi, N., Aikawa, Y., Aso, Y., Koyamatsu, S., Machida, M. N., Saigo, K., Saito, M., Tomida, K., Tomisaka, K.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 793 ページ: i.d. 1, 20pp

    • DOI

      10.1088/0004-637X/793/1/1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Chemical View of Protostellar-disk Formation in L15272014

    • 著者名/発表者名
      Sakai, N., Oya, Y., Sakai, T., Watanabe, Y., Hirota, T., Ceccarelli, C., Kahane, C., Lopez-Sepulcre, A., Lefloch, B., Vastel, C., Bottinelli, S., Caux, E., Coutens, A., Aikawa, Y., Takakuwa, S., Ohashi, N., Yen, H-W, Yamamoto, S.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Lettres

      巻: 791 ページ: L38, 5pp

    • DOI

      10.1088/2041-8205/791/2/L38

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ALMA Hints at the Presence of two Companions in the Disk around HD 1005462014

    • 著者名/発表者名
      Walsh, C., Juhász, A., Pinilla, P., Harsono, D., Mathews, G. S., Dent, W. R. F., Hogerheijde, M. R., Birnstiel, T., Meeus, G., Nomura, H., Aikawa, Y., Millar, T. J., Sandell, G.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Lettres

      巻: 791 ページ: L6, 6pp

    • DOI

      10.1088/2041-8205/791/1/L6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reprocessing of Ices in Turbulent Protoplanetary Disks: Carbon and Nitrogen Chemistry2014

    • 著者名/発表者名
      Furuya, K., Aikawa, Y.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 790 ページ: id. 97, 15pp

    • DOI

      10.1088/0004-637X/790/2/97

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] CH in absorption in IRAS 16293-24222014

    • 著者名/発表者名
      Bottinelli, S., Wakelam, V., Caux, E., Vastel, C., Aikawa, Y., Ceccarelli, C.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 441 ページ: 1964-1973

    • DOI

      10.1093/mnras/stu700

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 原始惑星系円盤のイオン化率とN2H+ リング2015

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      大阪大学、豊中市
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-21
  • [学会発表] 原始惑星系円盤形成時の化学組成進化2015

    • 著者名/発表者名
      米田晴玲、塚本裕介、古家健次、相川祐理
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      大阪大学、豊中市
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-21
  • [学会発表] Gas-Grain Chemical Models in the Star- and Planetary System Formation2015

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, Y.
    • 学会等名
      Icy Grain Chemistry for Formation of Complex Organic Molecules: From Molecular Clouds to Protoplanetary Disks, Comets and Meteorites
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technology, Tokyo
    • 年月日
      2015-03-05 – 2015-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Chemistry in protoplanetary disks: ion molecules and deuterated molecules2015

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      新領域「系外惑星」B01+B02班研究会
    • 発表場所
      東工大、東京
    • 年月日
      2015-02-16 – 2015-02-17
  • [学会発表] N2H+ Ring in Protoplanetary Disk Models2014

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, Y.
    • 学会等名
      Revolution in Astronomy with ALMA
    • 発表場所
      Tokyo International Forum, Tokyo
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-12
  • [学会発表] Chemistry in a Forming Protoplanetary Disk2014

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, Y.
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2014
    • 発表場所
      Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ., Sapporo
    • 年月日
      2014-10-16 – 2014-10-18
  • [学会発表] The N2H+ Ring in Protoplanetary Disks2014

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, Y.
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2014
    • 発表場所
      Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ., Sapporo
    • 年月日
      2014-10-16 – 2014-10-18
  • [学会発表] 原始惑星系円盤の炭素、窒素の化学とN2H+リング2014

    • 著者名/発表者名
      相川祐理
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 発表場所
      山形大学、山形
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] Volatiles and Organic Molecules: From Dense Cloud Cores to Protoplanetary Disks2014

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, Y., Furuya, K., Aota, T., Yoneda, H., Tsukamoto, Y.
    • 学会等名
      Origins 2014
    • 発表場所
      Nara Prefecture New Public Hall, Nara
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-09
  • [学会発表] 原始惑星系円盤の有機分子生成モデル:物理過程依存性~紫外線照射,質量降着,乱流拡散の影響~2014

    • 著者名/発表者名
      相川祐理、野村 英子
    • 学会等名
      新領域「宇宙分子進化」第2回研究集会
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール、東京
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-24
  • [学会発表] 円盤形成時の衝撃波による揮発性分子の昇華2014

    • 著者名/発表者名
      相川 祐理
    • 学会等名
      新領域「宇宙分子進化」第2回研究集会
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール、東京
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-24

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公開日: 2016-05-27  

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