CPS セミナー12/01/2010

星周コランダムダストの形成と進化

瀧川 晶
東京大学 大学院理学研究科 地球惑星科学専攻 博士2年2010年12月1日水曜日

気相固相反応によるスピネル赤外分光測定 in JenaFriedrich-Schiller-University of Jena
9/26-10/13
Supported by CPS Exchange program

錠剤法を使った赤外分光実験(当初はAerosol法の予定)
サンプル：気相固相反応による非化学量論的スピネル
2010年12月1日水曜日

銀河の物質循環❉ 銀河で固体物質はどう形成・
ISM

BigBang

進化して太陽系に至るのか？

Stars
ISM

Stars

ISM

Stars

ISM
SN

2010年12月1日水曜日

metsy
SrSola星周コランダムと星周スピネル❉ 高温酸化的ガスから最初に凝縮・主要固体の凝縮核❉ 隕石中のコランダム・スピネル粒子- それぞれ100ppm, 1-8%程度- プレソーラー起源粒子はさらに1-10%

e.g., Nittler+2008, Choi+1998

Grossman 1987

原始惑星系円盤・晩期型星に存在
2010年12月1日水曜日

宇宙の物質循環❉ ダスト供給源としてのAGB星(漸近分岐型赤色巨星)- AGB星赤外スペクトル (γアルミナ, αコランダム)e.g., Onaka+1989, Speck+2000- 高い質量放出率 10-(7-4)MSun/yr (太陽は 10-14MSun/yr)- ダスト形成と質量放出速度は相互に関係する可能性(e.g., Sedlmayr & Dominik 1994)

コランダムの形成条件はダスト進化の第一段階・恒星進化を理解するために重要
2010年12月1日水曜日

Woitke 2006

観測・分析から形成条件を見積もれるか？
Key parameter- 結晶の異方的形状(Takigawa+2009, 瀧川ら2010)- スピネル・コランダムのAl/Mg比 (Choi+1998)

観測・分析- 赤外分光観測- 隕石中のプレソーラー粒子✓ コランダム・スピネル形成実験
条件依存した異方的形状，反応速度，Mg/Al比✓ ダスト粒子の赤外分光実験
非化学量論的スピネル・コランダムの赤外スペクトル2010年12月1日水曜日

コランダム成長異方性と13micron feature60

S S=151260 330

4015201380
1505

S=330CorCorMoMo

015 mm

圧力：5x10-5 Pa

質量吸収係数[mm]

球

c軸につぶれた板状c軸に伸びた柱状12 13 14 15 16 17 波長 [μm]2010年12月1日水曜日

コランダム成長異方性と13micron feature60

S S=151260 330

4015201380
1505

S=330CorCorMoMo

015 mm

圧力：5x10-5 Pa

質量吸収係数[mm]

球

c軸につぶれた板状c軸に伸びた柱状12 13 14 15 16 17 波長 [μm]2010年12月1日水曜日

コランダム成長異方性と13micron feature
MiravariableRCas-112x10-112Fλ (W/m /mm)

1.5x10-11

1x10-125x100

2010年12月1日水曜日

78910
11wavelength (µm)

1213

14

Takigawa+unpublishedコランダム成長異方性と13micron feature
Miravariable
R
Cas
-11

2x1011μm peak

10μm peak-1113μm peak2Fλ (W/m /mm)

1.5x10-11

1x10-125x100

2010年12月1日水曜日

78910
11wavelength (µm)

1213

14

Takigawa+unpublishedコランダム成長異方性と13micron feature
Miravariable
R
Cas
-11

2x1011μm peak

10μm peak-1113μm peak2Fλ (W/m /mm)

1.5x10-111x10

γ alumina

am. Olivine
am. Pyroxene-125x100

2010年12月1日水曜日

78910
11wavelength (µm)

121314

Takigawa+unpublishedコランダム成長異方性と13micron feature
MiravariableRCas-112x1010μm peak

-1111μm peak
(1μm enstatite/0.1μm forsterite)
13μm peak(corundum)

2Fλ (W/m /mm)

1.5x10-111x10

am. Olivine
am. Pyroxene

Forsterite

γ alumina-12

Corundum disk

5x100

2010年12月1日水曜日

78910
11wavelength (µm)

121314

Takigawa+unpublished観測・分析から形成条件を見積もれるか？
Key parameter- 結晶の異方的形状(Takigawa+2009, 瀧川ら2010)- スピネル・コランダムのAl/Mg比 (Choi+1998)

観測・分析- 赤外分光観測- 隕石中のプレソーラー粒子✓ コランダム・スピネル形成実験
条件依存した異方的形状，反応速度，Mg/Al比✓ 星周条件でできるダスト粒子の赤外分光実験
非化学量論的スピネル・コランダムの赤外スペクトル2010年12月1日水曜日

Outline✓ 星周条件下でのスピネル形成実験✓ 固相-気相反応で形成したスピネルの赤外分光実験✓ 隕石中コランダムの酸素同位体比測定

2010年12月1日水曜日

スピネル(MgAl2O4) 形成実験
共同研究者：原田真理子
東京大学 理学部地球惑星物理学専攻 4年

Grossman 1987

CorundumSpinel

Al2O3(s) + Mg(g) + O(g) → MgAl2O4(s)• Presolar spinel : evidence of spinel formation
2010年12月1日水曜日

スピネル(MgAl2O4) 形成実験
Reaction

Al2O3(s) + Mg(g) + O(g) → MgAl2O4(s)Condition

Tgas = 1650°C
Tcond ~ 1550°C
duration = 24, 48, 64, 84, 287 hours
Analysis

SEM, EDS, EPMA, XRD, IR spectroscopy

2010年12月1日水曜日

スピネル(MgAl2O4) 形成実験

Al2O3(99.96%)

W-mesh heater

Mg+OgasReaction

Al2O3(s) + Mg(g) + O(g) → MgAl2O4(s)Condition

Tgas = 1650°C
Tcond ~ 1550°C
duration = 24, 48, 64, 84, 287 hours
Analysis

SEM, EDS, EPMA, XRD, IR spectroscopy
MgO

2010年12月1日水曜日

反応生成物2010年12月1日水曜日

Al2O3(99.96%)

反応生成物
SpinelCorundum(MgAl2O4)(Al2O3)

200µm

200µm

duration = 64 hours

2010年12月1日水曜日

EDS Spinel(MgAl2O4)

Corundum(Al2O3)

反応生成物
1MgAl2O4

Mg (O=4)0.8
0.60.40.200100

200

300 400 500
X (micron)electron probe microanalyzer

Mg:Al = 0.5-0.6:2.3 (O=4)
non-stoichiometric

600

700

MgO -(1.6-2.3)Al2 O3c.f., プレソーラースピネルのAl/Mg比~2-8 (Choi+1998)2010年12月1日水曜日

800

反応生成物のXRD測定
反応生成層だけを取り出して粉末化・XRD測定

Intensity

spinel(single crystal)

16

2010年12月1日水曜日

2432

spinel(exp)(400)
2θ=45.27°

40482θ

56647280

反応生成物のXRD測定✓ stoichiometricスピネルの単位格子の大きさが1%小さい✓ MgO-nAl2O3 --> n~2.4spinel(exp)(400)
2θ=45.27°

45.5

Shou-Yong+2000

45.4
2thetaIntensity

spinel(single crystal)

45.6

45.3
45.2
45.1
4544.944.8
116

2010年12月1日水曜日

2432

4048
2θ

56264

34n72580

反応生成物のXRD測定

Intensity

spinel(single crystal)spinel(exp)α-corundum16

2010年12月1日水曜日

24324048
2θ

56647280

Intensity

cor20
cor10cor 5cor 13434.5352θ

exp
35.536

Intensity

反応生成物のXRD測定
cor20
cor10
cor 5cor 1

42.5

432θ

✓ cor.の混入は<5%exp
43.544

Intensity

spinel(single crystal)spinel(exp)α-corundum16

2010年12月1日水曜日

2432

40

48
2θ

56

64

7280

気相固相反応によるスピネル赤外分光測定 in JenaFriedrich-Schiller-University of Jena
9/26-10/13
Supported by CPS Exchange program

Jena グループとの交流
錠剤法を使った赤外分光実験(当初はAerosol法の予定)
2010年12月1日水曜日

2010年12月1日水曜日

フーリエ変換赤外分光分析
マイケルソン干渉計✓ 黒体輻射光源(globar lamp)✓ 検出器 MD(6000-400cm-1), F3(650-150cm-1)

2010年12月1日水曜日

錠剤法✓ Kbr, CsI, PE錠剤法
微量のサンプルを赤外線に透明な媒質のなかに分散させて吸収スペクトルを測定✓ サンプル（沈殿法でサイズ分別）
反応生成スピネル
単結晶スピネル
コランダム(実験に使用)
コランダム粉末
reference
25105sample
2.5(micron)

250.5

KBr

transmittancetransmittance

2.5(micron)

0.2

CsI
1000

2000

KBr

0.4

0.3

0.1

0.3
0.2

CsI

0.1

3000

4000

5000

wavenumber (cm-1)
2010年12月1日水曜日

50.5

0.4

0010

6000

7000

001000

2000

3000

4000

5000

wavenumber (cm-1)

6000

7000

結果
✓ 14.4 micronピークは変わ

1.2

Spi(S.C)

absorbance

10.8
0.6らず
✓ 18.5 micron-->17.8 micronCor(exp) ✓ 12.5 micronピークが出現

Spi(exp)

0.4✓ 17.2, 21.5 micronピークは0.2
010

1520

wavelegth (micron)2010年12月1日水曜日

25

コランダム？

結果✓ 14.4 micronピークは変わ

1.2

Spi(S.C)

absorbance1

CDE model

0.8
0.6

らず
✓ 18.5 micron-->17.8 micronCor(exp) ✓ 12.5 micronピークが出現

Tropf & Thomas 1992

Spi(exp)

0.4✓ 17.2, 21.5 micronピークは

0.2
0
10

152025

コランダム？

wavelegth (micron)

Al/Mg比がプレソーラー粒子の形成を理解する鍵になるかも?

2010年12月1日水曜日

コランダム酸素同位体比のSIMS分析
Cameca ims-1280 (Hawaii Univ.)
5x103

150RC075#074x103

RC075#33

Bis#3510050

Bis#4403x103
δ17O-502x103

RC075#49

RC075#221x103-100

RC075#08
RC075#090-1x103-500-500
δ18O

RC075#33-400-300-200-1000100

δ18O

プレソーラーコランダムを9粒子発見
2010年12月1日水曜日

-100

50

100-150

2010年12月1日水曜日

Corundum grains in Ordinary Chondrites

プレソーラー粒子形状(RC075)
RC075-59̲#7

2010年12月1日水曜日

RC075-59̲#49

プレソーラー粒子形状(RC075)
RC075-59̲#7✓ プレソーラーコランダムのAl/Mg比~15-85 (Choi+1998)

Al/Mg比がプレソーラー
粒子の形成を理解する鍵になるかも

2010年12月1日水曜日

プレソーラー粒子形状(RC075-59̲#9)

2010年12月1日水曜日まとめ✓ 星周条件下での固相気相反応によるスピネル形成実験
nAl2O3(s) + Mg(g) + O(g) --> MgO -nAl2O3
により，非化学量論的スピネルが形成した(n~2)✓ 形成したスピネルの赤外分光測定 in Jena
今後：凝縮物を直接反射スペクトル測定✓ 実験・観測・分析を有機的に繋げて銀河の物質循環

2010年12月1日水曜日