コランダムの成長異方性を用いた
星周ダスト形成環境の推定*瀧川 晶, 橘 省吾, 永原 裕子, 小澤 一仁
東京大学 地球惑星科学専攻

2009年10月10日土曜日

星周ダストμm程度の大きさの固体微粒子
e.g., ケイ酸塩，酸化物，金属，有機物，氷原始惑星系円盤- 存在度・種類・円盤の空間・年齢との関係→ 惑星形成に至る物質進化

晩期型星- 恒星から放出される金属元素のキャリア- 質量放出風加速の引金
2009年10月10日土曜日

コランダム (Al2O3)
高温酸化的ガスから最初に凝縮・主要固体の凝縮核
p=10-5atm

原始惑星系円盤

1600K コランダム

隕石中コランダム粒子

1300K Mg-ケイ酸塩
金属鉄

酸化的晩期型星

冷却シリケイトと共に観測される13 μm放射源の候補

宇宙における物質進化の起点としてのコランダム形成
2009年10月10日土曜日

ダストは天からの手紙？

湿度高低高温度

低結晶の形が“形成環境”を記録している！
2009年10月10日土曜日

ダストの異方的形状
結晶の原子配列異方性 → 結晶成長・誘電率の異方性
フォルステライトダストの赤外スペクトル

温度・圧力
実験

観測

蒸発 / 凝縮
異方性

異方的形状理論

Takigawa et al.,submitted

9.5

10.5

蒸発@1150°C@1500°C11.5

異方的形状はダスト形成環境を反映した観測可能量
2009年10月10日土曜日

波長
[μm]

目的
➀ 実験
➁ 理論

・コランダムの凝縮・蒸発異方性の決定
・コランダムの非平衡凝縮
・異方的形状を考慮したコランダム
ダストの赤外スペクトル計算➂ 観測

・隕石中のコランダム粒子の形状解析
・晩期型星の赤外観測

原始惑星系円盤・晩期型星周におけるコランダム形成条件を推定
2009年10月10日土曜日

コランダム凝縮実験
基板上に成長するコランダム粒子の異方的形状を調べる

真空抵抗加熱炉

2009年10月10日土曜日

コランダム凝縮実験
基板上に成長するコランダム粒子の異方的形状を調べる

60Mo基板(低温)40Mo基板(高温)

20

Al2O30[mm]15 mm

圧力：5x10-5 Pa
2009年10月10日土曜日

Irるつぼ(>99.9%)
粉末Al2O3(>99.99%)
Wメッシュヒータ

粉末Al2O3(>99.99%)

コランダム凝縮実験
基板上に成長するコランダム粒子の異方的形状を調べる

60

Mo基板(低温)40

Mo基板(高温)

20

Al2O30[mm]15 mm

圧力：5x10-5 Pa
2009年10月10日土曜日

Irるつぼ(>99.9%)
粉末Al2O3(>99.99%)
Wメッシュヒータ

粉末Al2O3(>99.99%)

コランダム凝縮実験
基板上に成長するコランダム粒子の異方的形状を調べる

60

T1

40
20T2Tgas

0[mm]

15 mm

圧力：5x10-5 Pa
2009年10月10日土曜日

過飽和比 Sfin
S1 =fout(T1)fin
S2 =fout(T2)一回の実験で過飽和比のみ異なる凝縮物

Tgas[°C] T1 [°C] S1 T2 [°C] S2t [h]

1695

1590

51475

7091605

1490

91370

1806,12,181535>1435 <5--240

1505

1380

151260330 120,360

凝縮物と過飽和比 S=70
圧力 5x10-5 Pa
時間 9 hrs
T[°C]6040201475
1590

柱状S
70{0001}面

51 μm
1 μm

1695

0[mm]

15 mmc

c軸に伸びた α-コランダム
2009年10月10日土曜日

凝縮物と過飽和比 S=5粒・板状

圧力 5x10-5 Pa
時間 9 hrs
T[°C]6040201475
1590

1 μm

S705{0001}面
1 μm

1695

0[mm]

15 mmcc軸につぶれた α-コランダム
2009年10月10日土曜日

凝縮物と温度・過飽和比
圧力 5x10-5 Pa
時間 18 hrs
T[°C]6040201380
1490

柱状S
180
90.1 μm

1 μm

板状

1605

過飽和比

0[mm]

が形状を

15 mm

1 μm
2009年10月10日土曜日

支配する

形成条件と成長形
過飽和比 S とS<15：温度に関わらずc軸につぶれた板状 or 粒状

凝縮/蒸発温度の関係[°C]c

1770°C
高温加熱：c軸に伸びた柱状

1800

c

1600

c

1400

蒸発 12000
2009年10月10日土曜日

S>70：c軸に伸びた柱状凝縮
110100

過飽和比 S

星周環境でのコランダム形成
冷却タイムスケールと過冷却度
Tcond [K]Teq

P=10-5atm

1600

ΔT~70K
ΔT~130K

Teq

P=10-7atm

Tcond [K]1500

ΔT~70K
1400

1500

原始惑星系円盤68

晩期型星

10 12 148 10 12 14 16 Kozasa & Hasegawa 1987
log cooling timescale [sec]円盤規模(103-5年)：ΔT=50-100K
質量放出風→粒/板状・-(4-6)(M=10 M☉)
局所的熱イベント ：ΔT>100K→ 柱状2009年10月10日土曜日

形成条件と成長形
非平衡凝縮モデル→冷却時間と過飽和比[Kozasa & Hasegawa, 1987]

S<15：温度に関わらずc軸につぶれた板状 or 粒状

[°C]
1800

S>70：c軸に伸びた柱状c

・原始惑星系円盤の冷却・質量放出風
1600c

1400

形状から形成環境が蒸発 1200
推定できる可能性
0

2009年10月10日土曜日

凝縮
1

10100

急加熱に伴う冷却
過飽和比 S原始太陽系円盤のコランダム
LL3コンドライト(Low-metal Low-iron type3)

6mmΦ

Au箔
酸処理して抽出した酸化物粒子
2009年10月10日土曜日

原始太陽系円盤のコランダム
Semarkona 隕石 (非平衡普通コンドライト) 中のコランダム粒子
1 μm→ 粒状粒子が大半，c軸方向に柱状の粒子は存在しない

S<15 の凝縮条件を示唆
0.3 μm2009年10月10日土曜日→ 原始太陽系円盤の冷却(103-5年) で形成

晩期型星周のコランダム
コランダム質量吸収係数
球

O-rich AGB星の観測

光学定数 (Baker et al.,1963) を基に計算

柱状Posch et al.
1999

板状

121314 15 16
波長 [μm]17121314 15 16
波長 [μm]17

c軸につぶれた板状コランダム (c//:c⊥=2:3) が晩期型星の13 µmピークを再現

凝縮条件 S<15 を示唆：質量放出風での形成条件と調和的
2009年10月10日土曜日

結論
コランダム凝縮異方性による星周ダスト形成環境の推定✓ 実験 凝縮異方性が過飽和cS<15 : c

S>70 :- 円盤の冷却- 質量放出風- 瞬間加熱

比に依存し変化✓ 理論 板状/柱状形状は赤外スペクトルで判別可✓ 観測 • 原始太陽系円盤• 晩期型星今後- 隕石中コランダム- 13 μmピーク

主要ケイ酸塩鉱物形成環境を解明→ 惑星材料多様性の起源・宇宙での物質循環の理解へ

2009年10月10日土曜日