星周塵ケイ酸塩のアグリゲイトとしての熱進化過程の解明

阐明星周尘埃硅酸盐聚集体的热演化过程

• 批准号: 10J01824
• 负责人: 今井 悠太
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01824/
• 关键词: 惑星物質科学; 実験室赤外分光; 非晶質ケイ酸塩; 結晶化; 赤外分光

宇宙空間において固体物質は主に氷、有機物やケイ酸塩で構成され、1ミクロン以下の大きさの微粒子(ダスト)であると考えられている。地球惑星科学の分野において、これらの固体物質が地球を含めた固体天体の原材料物質であると考えられ、その形成・進化過程を知る上でダストを研究することは非常に重要である。ダストの性質は、赤外線天文観測と模擬物質を用いた室内実験との比較で推定されており、星周領域において、結晶質ケイ酸塩の存在がつきとめられている。原始惑星系円盤においては、非晶質な星間のダストが取り込まれ、加熱プロセスを経て結晶化していると考えることができる。実際に原始惑星系円盤中でダストは、衝突・合体しアグリゲイトを形成する。また、中心星からの輻射により加熱され、結晶成長・蒸発、及び形状・凝集状態の変化がおこることが予想される。つまり惑星形成過程を考える上で、ダストアグリゲイトの構造とその進化を調べることが非常に重要となる。本研究では星周領域で普遍的に観測されている組成を持った非晶質および結晶質のケイ酸塩微粒子を用いて、ダストが加熱により構造がどのように変化していくかを実験的に明らかにすることを目的とした。本年度は、作成したダストアグリゲイト模擬物質の構造をX線マイクロトモグラフィーの解析から定量的に評価し、数値シミュレーションによるダストアグリゲイトの構造と比較し、その3次元構造の違いを初めて明らかにした。このことは、これまで数値シミュレーションを基に行われてきたアグリゲイト形成過程の議論に対し再考を迫るものである。また、加熱実験により非晶質ケイ酸塩の結晶化過程の温度・時間依存性を実験的に明らかにし、結晶化過程における赤外吸収スペクトルの変化について詳細に調べ観測と比較し議論した。この結果から基に、星周におけるケイ酸塩ダストの形状・及びその形成過程に強い示唆を与えることができた。

在外层空间，固体物质主要由冰，有机物和硅酸盐组成，被认为是小于1微米的细颗粒（灰尘）。在地球和行星科学领域，这些固体材料被认为是包括地球在内的固体天体的原材料，研究灰尘以了解其形成和进化过程非常重要。通过使用模拟材料将红外天文观测与室内实验进行比较，已经估计了灰尘的性能，并且在外围区域已经检测到了晶体硅酸盐的存在。在原月球磁盘中，通过加热过程将无定形的星际灰尘散入并结晶。实际上，尘埃碰撞并在原星盘中结合在一起，形成了机架。此外，预计中央恒星的辐射将导致晶体生长，蒸发以及形状和聚集状态的变化。换句话说，在考虑行星形成过程时，研究灰尘的结构及其演变非常重要。这项研究旨在通过实验阐明加热时灰尘的结构如何变化，使用在周围区域普遍观察到的成分的无定形和结晶硅酸盐颗粒。今年，我们定量评估了使用X射线显微计分析产生的灰尘烦恼的模拟物质的结构，与使用数值模拟的灰尘结构相比，并首次揭示了其三维结构的差异。这迫使我们重新考虑了对安排形成过程的讨论，该过程一直基于数值模拟进行。此外，通过加热实验揭示了无定形硅酸盐结晶过程的温度和时间依赖性，并详细研究了在结晶过程中红外吸收光谱的变化，并与观察值进行了比较并进行了讨论。基于此结果，我们能够就周围粉尘的形状和形成过程提供强有力的建议。

项目成果

Three Dimensional Micro-Structure of Dust Aggregate by Random Ballistic Deposition Using Micro-Tomography

利用显微断层扫描随机弹道沉积研究灰尘聚集体的三维微观结构

• 发表时间: 2011
• 作者: 稲葉章;鈴木晴;浜田明範;今井悠太
• 通讯作者: 今井悠太

非晶質マグネシウムシリケイト微粒子の加熱結晶化実験

无定形硅酸镁细颗粒的加热结晶实验

• 发表时间: 2010
• 作者: 今井悠太;他
• 通讯作者: 他

GEMS粒子平均組成をもつ非晶質ケイ酸塩の加熱結晶化実験

GEMS颗粒平均组成的无定形硅酸盐加热结晶实验

• 发表时间: 2010
• 作者: 松野淳也;今井悠太;他
• 通讯作者: 他