光赤天連将来計画検討	  「星間物質」班の活動報告	
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プロジェクト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プロジェクトの最新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(神戸大学)	  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)	  星間物質(特にダスト研究)に関連する	  実験および観測プロジェクトの例	(実験)・「宇宙環境利用科学委員会WG/RT活動」 PI:木村勇気（北大）
メンバー；木村勇気(北大)、田中今日子(北大)、三浦均(名古屋市立大)、稲富裕光(ISAS/JAXA)、野沢貴也(国立天文台)、左近 樹(東京大学)
・「ISSきぼう実験棟船外取付ExHAMを用いた炭素質粒子の曝露実験」 PI: 左近 樹(東大)メンバー；左近 樹(東大)、木村勇気(北大)、木村誠二(電通大)、中村正人(日大)、市村淳(ISAS/JAXA)、尾中敬(東大)、和田節子(観測)・TAO/MIMIZUKU ※L, M, N, Qバンド+30um帯地上観測。
・SOFIA ※地上観測より広い赤外大気窓を活かした観測。北、南両半球をカバー可能。
・JWST/MIRI ※8m宇宙望遠鏡。近赤外-中間赤外(<27µm)の高感度、高空間分解能。
・TMT/MICHI ※視野2” x 2”程度のIFU分光能力。恒星周囲の星周ダスト研究に高い効率性を有する。高空間分解能~0.1” at N- & Q-bands。
(参照；http://tmt.mtk.nao.ac.jp/science/download/download.cgi?name=honda.pdf)

・SPICA/SMI, SAFARI ※3m級冷却望遠鏡を活かした中間赤外ー遠赤外高感度観測。

星周・星間物質の形成・進化の総合的理解	
様々な物理相にある物質の性質を特定し、その化学進化を探る為には、近赤外線	~ミリ波・サブミリ波にかけての分光観測が必要。その際、ダスト核形成理論モデル、分子進化理論モデルおよび実験室宇宙物理・化学との分野横断的研究が鍵である。	

(図版提供：下西)	

主要サイエンス(1)	
水・有機物といった我々生命の起源に直結する物質の探査、及びそれらの生成・進化過程の解明	
検討メンバー：下西 隆(観、理)、木村勇気(実)、左近 樹(観、実)	  星間・星周環境における分子の生成の理解が不可欠であり、特に低温・高密度環境境における固相での分子生成は上述の物質の進化を理解する上での鍵となる。	  
近・中間赤外線分光による氷やダストの観測は、	  固相に存在する物質(分子)の化学的性質を明ら	  かにする唯一の手段であり、地上及び衛星観測	  による多波長分光観測が重要な役割を果たす。	  
(気体分子の観測においては、ALMAをはじめ	  とする電波望遠鏡群との積極的な連携が有効)	  Gibb et al. 2004
ダスト・固体分子・気体分子といった多角的な視点からの天文観測、及び理論・実験分野との融合による物質進化の素過程の解明が当該分野の課題となる。	  
宇宙の化学進化の鍵となる金属量に焦点を当て、多様な銀河環境下に存在する星間物質の観測を行うことにより、過去の宇宙において水・有機物をはじめとした様々な分子がどのような化学状態にあり、どのような多様性を持つのかを解明できる。この目的においてはマゼラン雲をはじめとする近傍の低金属量銀河に存在するYoung	  Stellar	  Objects	  (YSOs)	  の観測が中心的な役割を果たし(Shimonishi	  et	  al.	  2008,	  2010,	  2012,	  2013)、南天の観測が可能なTAO・南極望遠鏡、又はJWST,	  SPICAといった宇宙望遠鏡に重要な役割が期待される。	

主要サイエンス(2)	
原始惑星系円盤内の物質を題材とするサイエンス検討	  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)	  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する。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ある。	  
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によりモデルを検証する。	  
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	   はやぶさ２との連携	  主要サイエンス(3)	
新星、大質量星の終焉期の星周環境を宇宙実験場としてダスト凝縮
・核形成に関する物理パラメータの決定を目的とするサイエンス検討	  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・核形成に関わる主要パラメータの決定・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
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事が鍵となる。
地上中間赤外線観測(TMT/MICHI, TAO/MIMIZUKU)などに大きな役割が期待される。

主要サイエンス(4)	
晩期型巨星の星周環境におけるダストの化学／鉱物学進化の解明
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)	  TMT/MICHIの時代(N-bandで0.08”を分解)には、100pc程度の近傍のAGB星のダスト形成領域をなんとか分解して観測可能
 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現象、特に、化学反応の証拠(e.g., コア-リム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
AGB星のスペクトル=恒星放射 + 分子大気放射 + ダスト放射- 中小望遠鏡でのモニター観測；
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- 高地 ・ 南極 における高精度 NIR-MIR 分光モニタリング観測；
恒星・分子大気・ダスト放射の変動を理解し、 恒星大気の運動・ダスト形成の関係を明らかにする- 時間の長期投入、NIR/MIRの同時期観測と高い測光精度、NIR中・高分散分光、MIR低分散分光の必要性
TAO/MIMIZUKUは最適、NIR (L-band, M-band)の波長分解能がやや不足地上中間赤外線観測(TMT/MICHI, TAO/MIMIZUKU)などに大きな役割が期待される。

班員から提起される留意点	
現行の提案されている観測装置、観測手法では、evoluMonaryなサイエンス提案は多く提案できるが、革命的で競争力のあるサイエンスの遂行のためには、「次世代の望遠鏡で従来の手法を実施する」というスタンスに縛られず、「異なる手法を実施する」事も十分に検討すべき。	  
(例)	  ダストから情報を得る際に、近赤外、可視光の散乱光スペクトルや偏光観測などから情報(サイズ、組成、形状、結晶質/非晶質の別)を引き出す
方法を、実験、理論的な見知を踏まえて考える。