原始惑星系円盤でのフォルステライト異方的成長：宇宙鉱物学の新展開

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287140
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橘 省吾 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50361564)
• 研究分担者: 三宅 亮 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10324609) ; 坂本 直哉 北海道大学, その他部局等, 助教 (30466429) ; 川野 潤 北海道大学, その他部局等, その他 (40378550)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 凝縮 / ダスト / 原始惑星系円盤 / フォルステライト / 速度論 / 赤外線天文学

研究実績の概要

ダストは恒星の誕生から死，惑星系形成，銀河化学進化と様々な局面で重要な役割を果たす．赤外線天文学の進展により誕生した宇宙鉱物学は現状では「鉱物から鉱物形成条件 (地質プロセス) を読み解く」までには至らず，ダスト形成条件を観測から求めることができない．申請者らのこれまでの実験・分光理論研究を基に，(1) 主要鉱物フォルステライト気相成長速度および異方性を原始惑星系円盤条件 (温度，圧力，ガス組成) を制御した実験で求め，(2) 気相成長でつくられる異方的形状をもつフォルステライトの赤外スペクトルから，赤外観測からフォルステライトダスト形成条件を読み解くための指標をつくり，(3) 観測データから原始惑星系円盤でのフォルステライト気相成長条件を求める．鉱物学を地球，太陽系から「宇宙」へと広げるための一歩とする．
平成26年度は原始惑星系円盤環境下で，白金メッシュ基盤上へのフォルステライト凝縮実験を継続し，1273K, 全圧5 Pa, H2O/H2=0.016 の条件でフォルステライトの凝縮係数が0.01程度であると，より強い制約を与えることができた．また，同様の温度・水素圧力条件での蒸発実験をおこない，蒸発係数が凝縮係数と同程度であることを明らかにした他，蒸発の異方性を求める実験も開始した．さらに，フォルステライト表面での異方的蒸発プロセス素過程解明のための第一原理電子状態計算を開始した．

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

凝縮実験，蒸発実験ともに順調に進んでいる．

今後の研究の推進方策

凝縮実験，蒸発実験の結果を平成27年度に論文としてまとめる予定である．また，フォルステライト表面からの蒸発素過程を解明する第一原理計算を継続する．

研究成果

• [雑誌論文] Evaporation and condensation kinetics of corundum: the origin of the 13 μm feature of oxygen-rich agb stars (2015)
  • 著者名/発表者名: Takigawa A., Tachibana S., Nagahara H., and Ozawa K.
  • 雑誌名: Astrophys. J. Supplement 巻: 218 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1088/0067-0049/218/1/2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ongoing hydrothermal activities within Enceladus (2015)
  • 著者名/発表者名: Hsu H.-W., Postberg F., Sekine Y., Shibuya T., Kempf S., Hoanyi M., Juhasz A., Altobelli N., Suzuki K., Masaki Y., Kuwatani T., Tachibana S., Sirono S., Moragas-Klostermeyer G. and Srama R.
  • 雑誌名: Nature 巻: 519 ページ: 207-210
  • DOI: 10.1038/nature14262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incorporation of Mg2+ in surface Ca2+ sites of aragonite: an ab initio study (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawano J., Sakuma H. and Nagai T.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 2 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1186/s40645-015-0039-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Towards understanding the dynamical evolution of asteroid 25143 Itokawa: constraints from sample analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Connolly, H. C., Lauretta, D. S., Walsh, K. J., Tachibana, S., and Bottke, W. F.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 67 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0185-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reduction Experiment of FeO-bearing Amorphous Silicate: Application to Origin of Metallic Iron in Gems (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, J., Tsuchiyama, A., Miyake, A., Noguchi, R., and Ichikawa, S.
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 792 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/0004-637X/792/2/136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origins of Al-rich chondrules: Clues from a compound Al-rich chondrule in the Dar al Gani 978 carbonaceous chondrite (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, A.-C., Itoh, S., Sakamoto, N., Wang, R.-C., and Yurimoto, H.
  • 雑誌名: Geochim. Cosmochim. Acta 巻: 130 ページ: 78-92
  • DOI: 10.1016/j.gca.2013.12.026
  • 査読あり
• [学会発表] 炭酸カルシウムクラスターおよび結晶表面におけるイオン吸着過程の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川野 潤
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Condensation Coefficient of Forsterite in the H2-H2O-Mg2SiO4 System (2015)
  • 著者名/発表者名: Tachibana S. and Takigawa A.
  • 学会等名: 46th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Housotn, TX
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-20
• [学会発表] Experimental Study on Hydrous Mineral Formation Reaction Between Amorphous Forsterite and Water Vapor (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, D., Tachibana, S., Nagahara, H., Ozawa, K. and Tsuchiyama, A.
  • 学会等名: 46th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: Housotn, TX
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-20
• [学会発表] 原始惑星系円盤条件でのフォルステライト気相成長 (2014)
  • 著者名/発表者名: 橘省吾, 瀧川晶, 三宅亮, 永原裕子, 小澤一仁
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [図書] 宇宙と生命の起源2 ～素粒子から細胞へ (2014)
  • 著者名/発表者名: 小久保英一郎・嶺重慎
  • 総ページ数: 256
  • 出版者: 岩波書店