光赤天連将来計画検討	  星間物質	
左近 樹(東京大学)	  光赤天連「星間物質」班サイエンス検討チーム他	

星間物質班の指針	
光赤外の枠組みの範囲で、様々な研究対象において、ダストの吸収／放射構造を利用して物理・化学環境を測量する事がしばしば行われる。一方で、ダストの吸収／放射構造を物理・化学環境診断の目的で利用するためには、実際に宇宙に存在するダストの組成理解や環境に対する赤外分光特性の応答(観測量)を較正する作業が必要となる。
宇宙に存在するダストの組成は、主として赤外波長域のスペクトル構造を元に同定されるが、例えば、未同定赤外バンドの担い手などのように、具体的な組成同定や環境に対する赤外分光特性の応答の定量的な理解がなされないまま、物理・化学環境診断を目的とする利用が先行する状態にあり、この事態は極めて憂慮されるべきである。
我々がTMTやSPICAなど新たな革新的観測手段を手にする2020年代に目指すべきサイエンスは、観測、理論、実験のバランスが取れた進捗のもとで実施されるよう、それまでの期間の研究戦略を立てるべきである。星間物質班は、特にダスト研究に於いて、上記の意識を共有し理論や実験、およびそれに準拠した観測を、2020年代に向けて主導的かつユニークに進めることを意識して、メンバーを組織している。
様々な主系列質量、恒星進化段階の天体において、その星周環境はダストの形成過程や化学・物理・鉱物学的変性過程を探る上で、重要な実験場でもある。この観点からも、星間物質班と恒星物理班は特にダスト研究の観点で、密な関係を築き組織的に計画を検討する事が有意義である。	

班員構成	
木村勇気(北海道大学)	  	  	  宇宙環境利用科学委員会RT活動PI	  (※1)	  三浦 均	  (名古屋市立大学)	  固体物質進化、結晶成長理論の観点からのサイエンス検討,	  ※１	  野沢貴也(国立天文台) 恒星班のサイエンスケースとの担当調整,	  ※１	  本田充彦(神奈川大学)	  	  	  星・惑星形成班のサイエンスケースとの担当調整,	  	  	  TMT/MICHIの最新進捗を踏まえたサイエンス検討(※2)	  	  左近 樹(東京大学；「星間物質」班長)	  ※１,	  ※2,	  	  	  SPICAプロジェクトの進捗を踏まえたサイエンス検討(※3)	  田中今日子(北海道大学)	  凝縮核形成理論の観点からのサイエンス検討,	  ※1	  瀧川晶(京都大学)	  実験の観点からのサイエンス検討、	  はやぶさ２プロジェクトとの連関をふまえたサイエンス検討(※4)	  下西 隆(東北大学)	  分子形成理論の観点からのサイエンス検討、	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  マゼラン雲内のYSOをターゲットとして、南天地上中間赤外線データ、	  あかり衛星、ALMAの観測データ処理を踏まえたサイエンス検討	  	  上塚 貴史(東大天文センター)	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  東京大学アタカマ観測所(TAO)の最新進捗を踏まえたサイエンス検討(※5)	  原始惑星系円盤内の物質を題材とするサイエンス	  検討メンバー：田中今日子(理)、瀧川晶(実)、木村勇気(実)、本田充彦(観)、三浦均(理)、左近 樹(観)	  原始惑星系円盤における物質循環：	  彗星での結晶質シリケイトの観測やWild２のスターダストの分析等は、原始惑星系円盤において星間ダストの情報を保持した低温物質(〜数十K)と高温（〜1000K)を経た物質との物質混合を示唆。原始惑星系円盤における物質循環についてはいくつかモデルが存在。	  
モデルから予見される高温ダスト、氷ダストの分布と高分解能観測との比較からモデルを検証する。	  

空間分解能：0.1”  d=100pc, r=10AU	
- 円盤におけるダスト形成と進化および輸送プロセスの解明
円盤内のダスト空間分布の解明が最も重要- 分子雲から円盤に移る過程の中で、何時ダスト上で有機物分子が出来るのか？	
(Greenbergモデルの検証, IDPの形成の理解)

観測装置仕様との対応	
原始惑星系円盤内の物質を題材とするサイエンス	  円盤におけるダスト形成と進化および輸送プロセスの解明	   円盤内のダスト空間分布の解明が最も重要	  (空間分解能：0.1”	  ;	  	  d=100pc,	  r=10AU)	  数十Kの低温物質を捉えるには、中間・遠赤外の高感度・高空間分解分光観測が必須。	  ダスト凝縮・核形成に関する物理パラメータの決定	  検討メンバー：左近樹(観)、野沢貴也(理)、木村勇気(実)、田中今日子(理)、三浦均(理)、上塚貴史(観)、瀧川晶(実)	  ダスト凝縮・核形成に関わるパラメータ (e.g., sticking probability, surface free energy)
宇宙環境利用科学委員会WG/RT活動の枠組みで実施するロケット実験の結果から制限を得るとともに、星周環境でのダスト核形成場所の観測から、時間と密度(衝突頻度)の相似性を検証することが必要。

Nozawa et al. (2013)	

系内の新星、大質量星の終焉期(周期的にダスト形成を起こすWR+O型星連星系等)を観測対象とする事で、ダストの凝集時刻、核形成場所を時間的、空間的に分解し指定する。
- 宇宙年齢と星間空間でのdust enrichmentの過程の理解- 超新星と親星を繋ぐ恒星進化の理解 (e.g., Type Ia novaの起源；SD and/or DD)

観測装置仕様との対応	
拡散する星周ダストの空間分解が重要	  (空間分解能：0.1”	  ;	  	  d=1kpc,	  r=100AU)	  	   d=1kpc	  で、500km/s	  で放出された ejecta	  が1年間で到達する距離は 約0.2”	  に相当	  近・中間赤外波長域での中分散 (R	  >	  103)	  の面分光機能が、星周空間の電離ガス、原子	  ガス、分子ガス、ダストからの放射を捉え、それぞれの空間分布を指定する為に有用	  晩期型巨星の星周ダストの形成および化学/鉱物学的進化の観測的理解	  検討メンバー：上塚貴史(観)	  、瀧川晶(実)、左近 樹(観)	  、野沢貴也(理)、木村勇気(実)	  対象： 1–8 太陽質量程度の小・中質量星の最終進化段階である AGB 星
恒星風・質量放出の詳細は「恒星物理」、 ダストの形成・進化は「星間物質」で扱う
天文観測・実験室実験・隕石中ダストの実観察の三つが相補的に進展する必要がある	
実験室宇宙鉱物学：
プレソーラー粒子とAGB 星や超新星起源の星周ダストとの関連- 太陽系の原材料物質の形成過程の観測的な検証は太陽系形成過程の解明へ波及	
隕石中で発見されたAl2O3粒子	

晩期型巨星 θ Aps の中間赤外線スペクトル	

ダスト形成の時間変動： 脈動に伴う晩期型巨星の継続観測からダストの物性情報を得る	

観測装置仕様との対応	
100pc程度の近傍のAGB星のダスト形成領域を分解観測	  	  (	  30m級望遠鏡で実現される空間分解能	  0.08”	  at	  N-­‐band)	  -­‐	  晩期型巨星での高温から低温までのダスト凝縮シークエンスを捉える	  -­‐	  ダストシェル内での変性過程、特に、化学反応の証拠（e.g.,	  プレソーラー酸化物,	  Leitner+2014;	  酸化物コア+ケイ酸塩マントル）を捉える。	  
-­‐	  面分光機能、地上中間赤外コロナグラフ観測の必要性	  ダストの時間変動：AGB	  星の変光周期は数百日から数千日	   数年から数十年のタイムスケール でのモニタリングが求められる	   安定的に観測 可能な地上望遠鏡を用いた分光モニタリングサーベイが有効	   水分子層の挙動が鍵なので、水分子の観測が可能なサイトが重要	  水・有機物の探査とその生成・進化過程の観測的理解
検討メンバー：下西 隆(観、理)	  、木村勇気(実)、左近 樹(観、実)	  星間・星周環境に存在する多様な分子(水, CO, CO2, NH3, CH3OHなど)の観測的研究：
星・惑星形成領域に多く存在する低温・高密度環境では、気相反応及びダスト表面での固相反応の双方が物質の化学進化に重要な役割を果たす- ミリ波・サブミリ波領域：気相分子 (ガス) の回転遷移- 近・中間赤外線領域：固相分子 (氷) の振動遷移の観測

Gibb et al. 2004

Moore et al. 1992

遠赤外線域 (20∼100µm) : 固体の格子振動に起因する遷移 (e.g., Moore, et al. 1994)- 非晶質の水氷; 45µm 付近に幅広いバンド-結晶質の場合は 44µm 及び 62µm に比較的シャープなバンド
 氷の結晶度、低温環境に存在する固体のthermal historyを探る手段	

観測装置仕様との対応	
近・中間赤外線の波長域における高分散分光 (R∼104 − 105) ：- 氷の化学進化を理解する上で重要な情報を与える。
-気相へと昇華した分子の検出は、電波観測でも可能であるが、二酸化炭素やメタンのように双極子モーメントを持たない無極性分子については、赤外線域における振動遷移の検出が主要な観測手段
中間・遠赤外波長域における水氷の分光観測:
連続的な波長カバレッジの広い低分散分光能力 (R>100)

星間物質班(まとめ)	
光赤外の枠組みの範囲で、様々な研究対象において、ダストの吸収／放射構造を利用して物理・化学環境を測量する事がしばしば行われる。一方で、ダストの吸収／放射構造を物理・化学環境診断の目的で利用するためには、実際に宇宙に存在するダストの組成理解や環境に対する赤外分光特性の応答(観測量)を較正する作業が必要となる。
宇宙に存在するダストの組成は、主として赤外波長域のスペクトル構造を元に同定されるが、例えば、未同定赤外バンドの担い手などのように、具体的な組成同定や環境に対する赤外分光特性の応答の定量的な理解がなされないまま、物理・化学環境診断を目的とする利用が先行する状態にあり、この事態は極めて憂慮されるべきである。
我々がTMTやSPICAなど新たな革新的観測手段を手にする2020年代に目指すべきサイエンスは、観測、理論、実験のバランスが取れた進捗のもとで実施されるよう、それまでの期間の研究戦略を立てるべきである。星間物質班は、特にダスト研究に於いて、上記の意識を共有し理論や実験、およびそれに準拠した観測を、2020年代に向けて主導的かつユニークに進めることを意識して、メンバーを組織している。
様々な主系列質量、恒星進化段階の天体において、その星周環境はダストの形成過程や化学・物理・鉱物学的変性過程を探る上で、重要な実験場でもある。この観点からも、星間物質班と恒星物理班は特にダスト研究の観点で、密な関係を築き組織的に計画を検討する事が有意義である。