2023 Fiscal Year Research-status Report
Interaction between interstellar dust molecules with charged particle and mechanism of molecular evolutions
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20K04028
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
中村 正人 日本大学, 理工学部, 特任教授 (00256801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
左近 樹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70451820)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 一酸化炭素分子 / PAH（芳香族炭化水素分子） / 星間塵 / 化学反応 / イオン分子反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
星間空間には紫外線領域に星間塵による吸収に起因すると思われる減光のピークがある。この吸収の原因物質として多環芳香族炭化水素（PAH）分子、炭素鎖分子、フラーレン、などが挙げられている。これらの有機物が星間空間に存在する有機物やダストが荷電粒子などとの衝突を経て、どのように変性するか？それに伴い物質の進化にどのように寄与したかを明らかにするため観測、実験、理論計算、シミュレーションなどのさまざまな手法を用いた多角的な研究を実施した。
星間空間で水素分子についで多い一酸化炭素分子（CO)は多くの有機分子の素材となっていると考えられる。CO分子と荷電粒子の衝突で、内部励起と分解がどのように起こるかをモデルとシミュレーションを使って調べた。特に太陽風（または恒星風）の主成分である陽子との衝突の衝撃により分子が解離する過程に着目し、衝突励起解離を起こす閾値エネルギーを評価した。また重水素やヘリウムイオンが衝突した場合の解離の閾値エネルギーなどにも評価を行った。同様な計算をより分子量の大きい有機分子（芳香族炭化水素など）との衝突現象に適用することを試みている。
実験室で合成した窒素を含む有機物である急冷窒素炭素質物質に関する特性を調べる実験を行った。高温真空昇華脱離法(TPD)を用いた分析を行い、アミンを含めた化学結合の内包状態を調べた。核融合研のLHDプラズマを利用した実験室有機物の変性実験に着手した。この結果、急冷窒素含有炭素質物質はsp3結合の骨格を持ち、アミン修飾された物質と近い構造を持つことがわかった。実験からは、プラズマとの相互作用のために、赤外線の6-9マイクロメートル帯のバンド強度が10-14マイクロメートル帯に比べて低下する現象を捉えた。この発見と楕円銀河中に観測される未同定赤外バンドとの類似性を議論した。現在その理論的考察と合わせて成果を取りまとめている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和2年度から約3年間の間、新型コロナウイルス蔓延のため大学が長期間閉鎖された。オンライン授業等の準備のために多くの時間を費やし、研究時間の確保が難しかった。また対面で研究に関する打ち合わせを行うことも困難であった。状況が改善した令和5年度は遅れを挽回すべく鋭意努力した。急冷窒素炭素質物質に関する特性を調べる実験についてはかなり進行した。またダスト表面に吸着した一酸化炭素分子の脱離に関するモデル計算も開始した。計算機のプログラム開発や実験装置の調整にやや難航し予定より若干の時間を要している。令和6年度はこれまでの遅れを回復するとともに、令和5年度に開始した研究（急冷窒素炭素質物質の物性の評価および一酸化炭素分子の脱離に関する研究）を引き続き進行させることを計画している。さらに最終的な研究結果をまとめ、論文および学会発表を通して報告を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後とも星間ダストと荷電粒子の相互作用について観測、実験、理論計算などの多角的な手段を用いた研究を継続していく。
実験的に合成したアミンを含有する有機物の塵である「急冷窒素含有炭素質物質 」(QNCC) を構成する分子およびダストの成分分析を行う。このためマイクロ波電源プラズマ生成装置による有機物のダストの合成実験を続け、試料に対して赤外線およびX線を用いた分光学的解析を行う。これらの結果と天体環境において観測される有機物の赤外線放射の特性と比較を行う。並行して核融合科学研究所で実施した有機物ダストへの窒素プラズマとの相互作用に関する実験の結果とも比較する。以上のような研究を通して宇宙の星間有機物のダストに、窒素がどのように取り込まれ、それが分子進化にどのような役割を果たすかを調べる。
また本研究での実験結果と国際宇宙ステーションで行った炭素質物質の宇宙暴露実験との結果を比較する。このため理論およびシミュレーションを用いて国際宇宙ステーションを利用した宇宙環境曝実験の結果の解析を行う。衝突シミュレーションを実施するために、窒素炭素間の原子間相互作用を適切なポテンシャル関数で表す。また環状炭素原子に窒素分子が混入した場合の原子間多体ポテンシャルを構築し、これに基づいたシミュレーションを行いたい。なお本研究の成果を公表するにあたっては学術論文発表のみならず、その一部を一般の方（科学を専門としない読者）にも理解してもらえるよう、一般向けの書籍の執筆を計画している。
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| Causes of Carryover |
主として計算プログラム開発に予定より時間を要したために、次年度に研究を繰り越す必要が生じた。また論文や学会発表などでの成果報告も次年度に繰り越しになった。これに伴い、物品費やその他の経費に次年度使用が生じた。令和６年度はプログラム開発のためのソフトウェア購入、論文発表のための投稿料、学会参加のための参加登録料などに使用する予定である。成果発表のための印刷費にも合わせて使用する。
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Research Products
(4 results)
