A new type of chemical reaction within icy grains

冰颗粒内的新型化学反应

• 批准号: 21H01139
• 负责人: 柘植 雅士
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01139/
• 关键词: 水素原子拡散; 分子進化; 氷星間塵; 星間分子雲; 水素原子反応; PAH

星間分子雲は星の誕生する領域であり、そこで起きる化学進化過程（原子や単純な分子から複雑な分子が生成する過程）はその後に誕生する惑星系の始原物質条件を決める重要な過程である。星間分子雲中の10 K程度の極低温条件下では、主に水分子からなる氷で覆われた直径100 nm程度のサイズの氷星間塵が存在し、その表面上での化学反応が分子進化の鍵となるとして、多くの理論的・実験的研究がなされてきた。水素原子は10 Kという極低温の条件でも氷表面上を自由に拡散するため、水素原子が関わる反応（例えば、水素分子生成やメタノール生成）の重要性が認識され、一般的な理論モデルに組み込まれている。吸着確率の低下、及び、氷表面での滞在時間が減少することから、20 Kを超える温度領域では水素原子が関わる表面反応は不活性となると考えられてきた。研究代表者らは～100 K程度の中温域においても、星間塵表面に降着する水素原子は氷内部に侵入・拡散し、氷内部に存在する原子・分子種と反応しうることを見いだした。本研究では、定量的実験を通じて、氷内部の反応がどのような化合物を生成しうるか、その反応経路を明らかにするとともに、水素原子の侵入・拡散の氷の構造依存性を明らかにすることを目的としている。2022年度には以下の実験結果をThe Astrophysical Journal誌に報告した：芳香族化合物（ベンゼン・ナフタレン）と水分子の混合氷サンプルの作製時の基板温度をコントロールすることで、高ポロシティ及び低ポロシティのサンプルを作製した。それぞれのサンプルに対して水素原子照射実験を行い、反応生成物の収量とサンプルの厚みの相関を調べた。その結果、高ポロシティサンプルでは>50分子層（1分子層～0.3 nm）、低ポロシティサンプルでは～10分子層まで水素原子が侵入することが明らかとなった。

In the field of interstellar molecular physics, the chemical process of chemical evolution (the process of atomic emission and molecular replication) determines the primordial conditions of galaxies. Under the condition of extremely low temperature of 10 K in the interstellar molecular cluster, the main water molecule and the main water molecule have a diameter of 100 nm, and the chemical reaction on the surface of the interstellar molecule is chemically chemically modified. Water atoms at 10 K and extremely low temperature conditions are free and scattered on the surface, and water atoms are sensitive to the formation of water molecules (for example, the formation of water molecules). It is important to understand the importance of water atoms, and general theoretical theories. The absorption rate is low, and the absorption rate is low, and the surface temperature is very low in the temperature range of 20 K. The temperature field is 20 K, the temperature field is 20 K, and the temperature field is 20 K. The representative of the research is in the middle temperature range of 100 K, the water vapor atoms on the interstellar surface invade and disperse, and there are atoms and molecules in the interstellar surface. In this study, quantitative, quantitative, chemical, chemical, and chemical compounds were detected in this study. In this study, water atoms invaded and dispersed in order to create dependence. The following results were reported in the The Astrophysical Journal report in 2022: aromatic compounds (aromatic compounds), water molecules (aromatic compounds), aromatic compounds (aromatic compounds), aromatic compounds (aromatic compounds), water molecules (aromatic compounds In this way, water atoms are irradiated by water atoms, and the products are measured in thickness. The results showed that the molecular weight of gt;50 (1 molecule ~ 0.3 nm) and the molecular weight of water atom (10 molecules) were higher than those of the control group (1 mol ~ 0.3 mol ·min ~ (- 1)).

项目成果

Experimental studies on the behavior of hydrogen on bare grain surfaces

氢在裸露颗粒表面行为的实验研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Shidare Masashi;Nakada Ryoichi;Usui Tomohiro;Tobita Minato;Shimizu Kenji;Takahashi Yoshio;Yokoyama Tetsuya;M. Tsuge
• 通讯作者: M. Tsuge

Penetration of Nonenergetic Hydrogen Atoms into Amorphous Solid Water and their Reaction with Embedded Benzene and Naphthalene

非能氢原子渗入非晶态固体水中及其与嵌入的苯和萘的反应

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac752e
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Masashi Tsuge; Akira Kouchi; Naoki Watanabe
• 通讯作者: Naoki Watanabe

Diffusive hydrogenation of molecules embedded in amorphous solid water

嵌入非晶态固体水中的分子的扩散氢化

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐野栄俊;吉池智史;山根悠望子;立原研悟;福井康雄;林克洋;榎谷玲依;徳田一起;G. Rowell;M. Filipovic;中村隆司;Masashi Tsgue
• 通讯作者: Masashi Tsgue

Icy grains are not spherical nor ellipsoidal

冰颗粒既不是球形也不是椭圆形

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Tsuge;A. Kouchi;T. Hama;Y. Oba;S. Okuzumi;S.-i. Sirono;M. Momose;N. Nakatani;K. Furuya;T. Shimonishi;T. Yamazaki;H. Hidaka;Y. Kimura;K.-i. Murata;S. Tachibana;N. Watanabe
• 通讯作者: N. Watanabe

Measurements of Ortho-to-para Nuclear Spin Conversion of H2 on Low-temperature Carbonaceous Grain Analogs: Diamond-like Carbon and Graphite

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac2a33
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: M. Tsuge;A. Kouchi;N. Watanabe