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

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23540266
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 相川 祐理 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40324909)
• Keywords: 星間化学 / 星形成 / 原始惑星系円盤

Research Abstract

(1)ALMAでの若い低質量星L1527のまわりに形成中の原始惑星系円盤が観測されつつある。特にSO輝線では円盤への降着衝撃波が捉えられた可能性がある。昨年度までに行った星形成コアの分子組成進化のモデルをもとに、L1527のSO輝線観測の理論的裏付けを行った。さらに、コアから円盤への降着衝撃波によってSO分子がダスト表面から脱離し得るかを一次元衝撃波モデルによって定量的に調べた。この結果は現在学術雑誌に投稿中である。
(2)昨年の業績報告時に執筆中であった、原始惑星系円盤における水の存在度および重水素進化の研究が学術雑誌に掲載された。また、その研究の続きとして、円盤内での炭素、窒素系分子の進化についても数値計算および計算結果の解析を行った。ダスト温度の高い領域では、水と同様にメタノールもダスト表面での再生成の効率が悪いため、円盤表面での光解離によって減少していくことが分かった。メタノールよりも大きな有機分子は、乱流のない場合は円盤中心面で、乱流のある場合は円盤表面付近で生成されやすいことが分かった。また、COやN2が、化学反応でより昇華しにくい分子に変わりダスト表面に吸着することで、その存在度が減少していく時間スケールを解析的に導出した。これらの結果は現在学術雑誌に投稿し、査読コメントに基づいて現在修正を行っている。
(3)分子雲およびHI雲での星間衝撃波において、星間ガスが熱的に不安定な状態を経るか、また、不安定性による擾乱の成長度を調べた。その結果、分子ガスでも熱的不安定性は生じるが、擾乱はガスが低密度で衝突速度が大きいほど成長率が大きいことを明らかにした。この結果は学術論文に掲載された。
(4)低質量星形成過程における星間分子の組成進化およびその理論モデルについてのレビュー論文を執筆した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

「①同位体比異常の獲得と喪失」については、水の重水素の研究を論文にまとめることができた。しかし、最近水素のオルソ－パラ比が分子の重水素濃縮に与える影響について研究が進み、この効果を取り入れることが重要になっている。オルソ－パラ比を考慮したネットワークモデルは研究協力者との共同研究で得ることができたので、今後このモデルを用いた研究を進める必要がある。よって「やや遅れている」と判定した。

Strategy for Future Research Activity

「②衝撃波化学」については円盤形成時の衝撃波が観測でとらえられつつあることから、この観測に関連したSOを中心にモデル計算を行った。円盤形成には磁場が関わっている可能性があるので、磁場のある衝撃波(C-shock)についても研究する必要がある。
「③snow line近傍の分子組成」については、当初水のsnow line近傍の組成に注目していた。しかし最近ALMAなどでCO snow lineを示すと考えられる化学組成分布が見つかった。この観測の理論的な解釈はまだ不明な点も多いので、CO snow line近傍の組成について電波観測者とも協力して研究していく必要がある。現在、数値形成結果の解析から組成の解析解を導出し、これをもとに個別の天体からの輝線強度を観測結果と比較する研究を進めつつある。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

計算機およびPCの更新を予定していたが、大学のボリュームライセンスなどを活用した結果、更新を先延ばしすることができたため。
論文投稿料、英文校正、および計算機の更新に使用する予定

Research Products

• [Journal Article] Change in the chemical composition of infalling gas forming a disk around a protostar (2014)
  • Author(s): Sakai, N., Sakai, T., Hirota, T., Watanabe, Y., Ceccarelli, C., Kahane, C., Bottinelli, S., Caux, E., Demyk, K.,Vastel, C., Coutens, A., Taquet, V., Ohashi, N., Takakuwa, S., Yen, H.-W., Aikawa, Y., Yamamoto, S.
  • Journal Title: Nature Volume: 507 Pages: 78, 80
  • DOI: 10.1038/nature13000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complex organic molecules in protoplanetary disks (2014)
  • Author(s): Walsh, C., Millar, T. J., Nomura, H., Herbst, E., Widicus Weaver, S., Aikawa, Y., Laas, J. C., Vasyunin, A. I.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 563 Pages: 33, 67
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322446
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interplay of Chemistry and Dynamics in the Low-Mass Star Formation (2013)
  • Author(s): Aikawa, Y.
  • Journal Title: Chemical Reviews Volume: 113 Pages: 8961, 8980
  • DOI: 10.1021/cr4003193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water in Protoplanetary Disks: Deuteration and Turbulent Mixing (2013)
  • Author(s): Furuya, K., Aikawa, Y., Nomura, H., Hersant, F., Wakelam, V.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 779 Pages: 11, 29
  • DOI: 10.1088/0004-637X/779/1/11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Survey of H2O, CO2, and CO Ice Features toward Background Stars and low-mass Young Stellar Objects Using AKARI (2013)
  • Author(s): Noble, J. A., Fraser, H. J., Aikawa, Y., Pontoppidan, K. M., Sakon, I.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 775 Pages: 85, 108
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/2/85
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal Instability behind a Shock Wave in H I and Molecular Clouds (2013)
  • Author(s): Aota, T. Inoue, T., Aikawa, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 775 Pages: 26, 34
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/1/26
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interstellar Detection of c-C3D2 (2013)
  • Author(s): Spezzano, S., Brunken, S., Schilke, P., Caselli, P., Menten, K. M., McCarthy, M. C., Bizzocchi, L., Trevino-Morales, S. P., Aikawa, Y., Schlemmer, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 769 Pages: 19,24
  • DOI: 10.1088/2041-8205/769/2/L19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Evolution in the First Hydrostatic Core Phase Adapting Three-Dimensional Radiation Hydrodynamic Simulations (2013)
  • Author(s): Furuya, K., Aikawa, Y., Tomida, K., Matsumoto, T., Saigo, K., Tomisaka, K., Hersant, F., Wakelam, V.
  • Journal Title: New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory. ASP Conference Series Volume: 476 Pages: 385, 386
• [Journal Article] Deuterated Water in Turbulent Protoplanetary Disks (2013)
  • Author(s): Furuya, K., Aikawa, Y., Nomura, H., Hersant, F., Wakelam, V.
  • Journal Title: New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory. ASP Conference Series Volume: 476 Pages: 383, 384
• [Journal Article] Can Thermal Instability Grow behind a Shock Wave in HI and Molecular Clouds? (2013)
  • Author(s): Aota, T., Inoue, T., Aikawa, Y.
  • Journal Title: New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory. ASP Conference Series Volume: 476 Pages: 335, 336
• [Journal Article] The Shock Chemistry of Phosphorus in the Shocked Region L1157 B1 (2013)
  • Author(s): Aota, T., Aikawa, Y
  • Journal Title: New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory. ASP Conference Series Volume: 476 Pages: 333, 334
• [Journal Article] Chemical Models of Star-Forming Cores (2013)
  • Author(s): Aikawa, Y.
  • Journal Title: New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era: The 30th Anniversary of Nobeyama Radio Observatory. ASP Conference Series Volume: 476 Pages: 197, 204
• [Presentation] 原始惑星系円盤の化学進化とALMAの成果 (2013)
  • Author(s): 相川祐理
  • Organizer: 惑星科学と生命科学の融合 第４回研究会
  • Place of Presentation: 湘南国際村
  • Year and Date: 20131221-20131223
  • Invited
• [Presentation] Water in Protoplanetary Disks (2013)
  • Author(s): Aikawa, Y.
  • Organizer: Exoplanets and Disks: Their Formation and Diversity I
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 20131208-20131214
• [Presentation] 原始惑星系円盤における有機分子生成 (2013)
  • Author(s): 古家健次, 相川祐理
  • Organizer: 日本惑星科学会2013年秋季講演会
  • Place of Presentation: 石垣島市民会館
  • Year and Date: 20131120-20131122
• [Presentation] Methane, Carbon Chains and COMs in Low Mass Star-Formation (2013)
  • Author(s): Aikawa, Y.
  • Organizer: The Methane Balance - Formation and Destruction Processes on Planets, their Satellites and in the Interstellar Medium
  • Place of Presentation: International Space Science Institute, Ｂｅｒｎ, Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
  • Year and Date: 20131001-20131006
• [Presentation] 原始惑星系円盤における水の重水素比進化 (2013)
  • Author(s): 古家健次 相川祐理, 野村英子, Franck Hersant, Valentine Wakelam
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] Water in Protoplanetary Disks (2013)
  • Author(s): Aikawa, Y.
  • Organizer: Transformational Science with ALMA: From Dust to Rocks to Planets
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 20130407-20130414
  • Invited