北大,極低温の氷表面で動き回る炭素原子を観測

北海道大学の研究グループは,極低温の氷表面における炭素原子の振る舞いを,独自に開発した手法を用いて観測することに初めて成功した(ニュースリリース)。

炭素は宇宙で4番目に存在量が多い元素。それゆえ,宇宙空間には数多くの種類の有機分子が存在している。こうした分子の起源は星が誕生する以前の宇宙の極低温空間にあると考えられている。

多くの有機分子は炭素原子が複数個連なった炭素鎖を持っているが,炭素鎖がどのように成長したかは,これまで分かっていなかった。

宇宙に浮遊する氷微粒子表面で鎖が成長する説が有力だったが,これまでそれを裏付ける証拠がなかった。また,最近の理論的研究では,炭素原子は氷表面に強く結びつき動けない事が予想されており,炭素鎖形成の起源は謎とされてきた。

研究グループは ,2種類のレーザー(小型レーザーと色素レーザー)を用いた独自の手法を開発し,氷表面に存在する炭素原子の観察を可能とした。独自に開発した真空実験装置内に宇宙空間に存在する氷微粒子を再現し,炭素原子を発生させる装置を用いて氷表面に炭素原子を付着させた。

この炭素原子を一つ目のレーザーで氷表面から真空中に飛び出させ,出てきた炭素原子を第2のレーザーを用いて分析することで,氷表面に存在する炭素原子を観察した。

この実験から,氷に付着した一部の炭素原子は極低温の条件下でも氷表面を動き回ることが明らかになった。この発見は,最近の理論的研究から示唆されていた「炭素原子は氷表面に強く結びつき動けない」という描像と大きく異なるものであり,氷微粒子上で炭素原子が様々な分子種と化学反応を起こし大きな有機分子を生成しうることを示している。

氷微粒子上での化学進化は10万年というタイムスケールで進行するため,10万年の間に氷星間塵(直径およそ0.0001mm)の表面をくまなく動き回ることができる温度を知ることが重要。実験から決定した炭素原子が動き始めるのに必要なエネルギー(活性化エネルギー)から,およそマイナス250℃を超えると炭素原子が活発に動き回ることが分かった。

星間分子雲では,その中で星の形成が進むにつれて,最低マイナス263℃程度であった環境の温度は徐々に上昇していく。従って,温度上昇に伴い炭素原子が動き始め,炭素鎖の生成を伴う活発な化学進化が起きることになるという。

研究グループはこの研究成果について,素原子の存在量が多く,温度が比較的高い領域における長い炭素鎖を持った有機物の起源として,炭素原子の氷表面反応を考慮することの重要性を示唆するだけでなく,将来的な天文観測の指針となるものだとしている。

その他関連ニュース

  • 東大ら,超巨大フレアを2つのX線観測装置連携で捕捉 2024年05月23日
  • 宇宙戦略基金,衛星ライダーなどの技術テーマ決定 2024年05月15日
  • NAOJら,新星がリンの主な供給源と光学観測で解明
    NAOJら,新星がリンの主な供給源と光学観測で解明 2024年05月13日
  • NHKとJAXA,火星探査機用8Kカメラを完成 2024年05月09日
  • ワープスペース,JAXAの高感度光センサーを開発 2024年05月07日
  • 名大ら,太陽フレア観測用高解像度X線望遠鏡を製作 2024年04月11日
  • 近大ら,海王星の新たな衛星を2つ発見 2024年03月26日
  • 東大,ブラックホール質量増加率が低いことを解明 2024年03月12日