太陽系の物質進化:酸素同位体比異常の起源と多様性

原始太陽系星雲中に酸素同位体比異常が存在した可能性が示されている。この酸素同位体比異常の成因を探ることを目的に研究を進めている。とくに、先行研究においては暗黙のうちに「光解離は質量に依存しない同位体効果を持たない」と仮定されていることに注目している。N20分子やSO2分子の吸収スペクトルは実験的に求められ、同位体効果があることから、CO分子にこの仮定を当てはめてはいけないと考えられる。そこで、光解離反応の同位体効果を調べるために、第一原理計算を行い、同位体分子種ごとに光解離断面積を求める。具体的には、CO分子に対して、CAS-SCF法で最適化した分子構造をもとにMRCI法でエネルギーを計算し、基底状態と10個の励起状態の断熱ポテンシャル曲面を求めた。本研究では基底状態から10eV程度のエネルギー差のあるポテンシャル曲面を必要とする。複数のポテンシャル曲面が近接するため計算が難しく、ポテンシャルエネルギーの計算精度は悪かった。励起状態の一つ「E状態」への光吸収断面積についての計算した。求めたポテンシャル曲面を用いて、基底状態からの光吸収過程を扱った。この状態は井戸のあるポテンシャル曲面だが、近接する解離ポテンシャルへの非断熱遷移をおこし、CO分子は解離する。光吸収波長は同位体分子種ごとにそれぞれの質量に依存して変化する。同時に光吸収断面積も変化する。断面積の変化は質量に依存しない。たとえば、ある状態間の遷移では質量数16の酸素を含む一酸化炭素の断面積が大きいが、隣の遷移では質量数18の酸素を含む一酸化炭素の断面積が大きいという具合になる。そのため、光吸収過程での同位体効果が質量に依存しない形で現れる。ポテンシャル曲面の計算の精度が悪く、ポテンシャルエネルギーを高く見積もっているため、計算結果が高エネルギー側にでるという問題が残っている。

原始太陽系星雲中に酸素同位体比異常が存在した可能性が示されている。この酸素同位体比異常の成因を探ることを目的に研究を進めている。とくに、先行研究においては暗黙のうちに「光解離は質量に依存しない同位体効果を持たない」と仮定されていることに注目している。N20分子やSO2分子の吸収スペクトルは実験的に求められ、同位体効果があることから、CO分子にこの仮定を当てはめてはいけないと考えられる。そこで、光解離反応の同位体効果を調べるために、第一原理計算を行い、同位体分子種ごとに光解離断面積を求める。具体的には、CO分子に対して、CAS-SCF法で最適化した分子構造をもとにMRCI法でエネルギーを計算し、基底状態と10個の励起状態の断熱ポテンシャル曲面を求めた。本研究では基底状態から10eV程度のエネルギー差のあるポテンシャル曲面を必要とする。複数のポテンシャル曲面が近接するため計算が難しく、ポテンシャルエネルギーの計算精度は悪かった。励起状態の一つ「E状態」への光吸収断面積についての計算した。求めたポテンシャル曲面を用いて、基底状態からの光吸収過程を扱った。この状態は井戸のあるポテンシャル曲面だが、近接する解離ポテンシャルへの非断熱遷移をおこし、CO分子は解離する。光吸収波長は同位体分子種ごとにそれぞれの質量に依存して変化する。同時に光吸収断面積も変化する。断面積の変化は質量に依存しない。たとえば、ある状態間の遷移では質量数16の酸素を含む一酸化炭素の断面積が大きいが、隣の遷移では質量数18の酸素を含む一酸化炭素の断面積が大きいという具合になる。そのため、光吸収過程での同位体効果が質量に依存しない形で現れる。ポテンシャル曲面の計算の精度が悪く、ポテンシャルエネルギーを高く見積もっているため、計算結果が高エネルギー側にでるという問題が残っている。