Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： 10.1021/acsearthspacechem.8b00047

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： 10.3847/1538-4357/acf310

Other Link： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acf310

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： https://doi.org/10.1016/j.icarus.2023.115690

Other Link： https://pdf.sciencedirectassets.com/272593/1-s2.0-S0019103523X0013X/1-s2.0-S0019103523002671/main.pdf?X-Amz-Security-Token=IQoJb3JpZ2luX2VjEMv%2F%2F%2F%2F%2F%2F%2F%2F%2F%2FwEaCXVzLWVhc3QtMSJIMEYCIQDwA1Sz95wWGYtpNkGTrhOjqRmQH%2FMnMwWEoLWW4UxqAwIhAPiqUw0%2F

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

Al–Mg mineral isochron studies using secondary ion mass spectrometry (SIMS) have revealed the initial 26Al/27Al ratios, (26Al/27Al)0, for individual Ca-Al-rich inclusions (CAIs) in meteorites. We find that the relative sensitivity factors of 27Al/24Mg ratio for SIMS analysis of hibonite, one of the major constituent minerals of CAIs, exhibit variations based on their chemical compositions. This underscores the critical need for using appropriate hibonite standards to obtain accurate AlMg data. We measured the AlMg mineral isochron for hibonite in a fine-grained CAI (FGI) from the Northwest Africa 8613 reduced CV chondrite by SIMS using synthesized hibonite standards with 27Al/24Mg of ~30, ~100, and ~400. The obtained mineral isochron of hibonite in the FGI yields (26Al/27Al)0 of (4.73 0.09) 9 105, which is identical to that previously obtained from the mineral isochron of spinel and melilite in the same FGI (Kawasaki et al., 2020). The uncertainties of (26Al/27Al)0 indicate that the constituent minerals in the FGI formed within ~0.02 Myr in the earliest solar system. The disequilibrium O-isotope distributions of the minerals in the FGI suggest that the O-isotope compositions of the nebular gas from which they condensed underwent a transitional change from 16O-rich to 16O-poor within ~0.02 Myr in the earliest solar system. Once formed, the FGI may have been removed from the forming region within ~0.02 Myr and transported to the accretion region of the parent body.

DOI： 10.1111/maps.13989

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： DOI: 10.1126/science.abn9033

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： DOI: 10.1126/science.abn9057

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： DOI: 10.1126/science.abo043

Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： DOI: 10.1126/science.abn785

Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： DOI: 10.1126/science.abn867

Language：Japanese   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： https://doi.org/10.1038/s41550-021-01550-6

Other Link： https://www.nature.com/articles/s41550-021-01550-6

Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： 10.3847/2041-8213/ac3c41

Other Link： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac3c41

Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： https://doi.org/10.1111/maps.13701

Event date： 2023.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：千葉　幕張メッセ   Country：Japan  

コンドルールの酸素同位体組成は形成環境およびその時空間的変動を反映する。我々は、ケイ酸塩メルトと水蒸気ガスとの間の酸素同位体交換反応について、メルトとガスが有限の相対速度を持つ場合にも適用可能な理論モデルを導出し、酸素同位体組成の観点から原始太陽系星雲におけるコンドルール形成環境が満たすべき条件を議論した。その結果、メルトとガスの相対速度が零でない場合には同位体交換によって質量依存の同位体分別が生じることを発見した。我々の結果は、コンドルールは周囲のガスとの相対速度が数100 m/s以下の環境下で結晶化したことを示唆する。

Event date： 2023.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2023.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：千葉　幕張メッセ   Country：Japan  

太陽系天体は、原始太陽系円盤においてダストが集積して形成された。そのため、進化する原始惑星系円盤でダストが経験する化学反応は、化学的性質の動径分布を形成するにあたって重要な役割を果たしたと考えられる。蒸発、凝縮、固相-気相反応、結晶化といった様々な反応が、円盤の広い温度領域、すなわち円盤のあらゆる領域で進行する。異なる反応を異なる程度だけ経験したダストの集積は、天体の化学的多様性を引き起こす。従って、原始太陽系円盤におけるダストの反応進行を理解することは、太陽系の歴史を理解する上で重要である。
Ciesla (2011) は、定常降着円盤を運動する粒子の軌跡を追跡するモンテカルロシミュレーションを開発し、非晶質ケイ酸塩ダストの結晶化について反応速度論を取り入れて計算することで、ダストがある温度を経験するか否かで結晶質ないし非晶質に二極化されることを示した。またStanford & Ciesla (2012) は、同様のモンテカルロシミュレーションによって原始惑星系円盤において氷ダストが曝される環境を追跡し、複雑な有機分子を生産するのに十分なUV照射および加熱を経験することを示した。このように、移流・拡散によって運動するダスト粒子の化学反応を個別に扱った研究はいくつか存在するが、原始惑星系円盤内の広い温度範囲で起こる反応を一般的に扱う研究は、現時点ではなされていない。本研究では、定常降着円盤におけるダスト粒子の運動を考慮して、様々な不可逆化学反応に対する「反応ライン温度」予測式を開発することを目的とした。
原始惑星系円盤において、ダスト粒子の運動を追跡する3Dモンテカルロシミュレーションをおこなった (Ciesla 2010; 2011; Okamoto & Ida 2022)。円盤モデルとしては、ガス密度に比例する粘性加熱 (α粘性モデル; Shakura & Sunyaev 1973) を熱源とする鉛直・動径温度構造を持つ定常降着円盤を採用した。ダストの吸光度は2.5 cm2 g-1、主星質量は太陽質量Msunで一定とした。乱流粘性係数αは10-2、10-3、質量降着率は10-6、10-7、10-8 Msun yr-1とし、計6通りの円盤についてシミュレーションをおこなった。各パラメータセットに対し、10000個のダスト粒子をスノーライン中心面から放出した。ダスト粒子は、移流・拡散によって円盤ガスとよく馴染んで運動する。
各ダストの経験する温度履歴に基づき、Johnson-Mehl-Avrami 方程式 (JMA方程式; Johnson & Mehl 1973; Avrami 1973) で表される仮想的な不可逆反応の進行を調べた。スノーラインにおいて反応進行度Xが0の状態でシミュレーションを開始し、JMA式を微分することで得られた微小反応進行度δXを積算することで、反応進行を計算した。広範な化学反応を調べるため、活性化エネルギーは20-1000 kJ/mol、前指数因子 (s-1) の自然対数は10-60、アブラミ指数は0.5-4の範囲とし、~200–1500 Kの温度範囲で進行する反応を計算した。各粒子に対し全ての反応が完了した (Xが0.99を超えた) 時点で計算を打ち切り、最大106年にわたって計算をおこなった。
シミュレーションをおこなった結果、反応進行度Xがある特定の値Xrec (0.8、0.9、0.99) を超える以前に経験した最高経験温度 (Tmax,Xrec) のヒストグラムが、対数正規分布によってよくフィッティングされることがわかった。異なる反応が異なるTmax,Xrec分布を示すことから、この分布は反応が効率的に進行する特有の温度範囲を示していると考えられる。全てのヒストグラムに対し対数正規分布によりフィッティングをおこない、その最頻値 (Tline) と分散 (σline) を記録した。様々な反応に対するTline、σlineは、反応パラメータ及び円盤パラメータに依存して変化する。以降、これらを反応ラインの温度および分散として議論をおこなう。
私たちは、これら2つの「反応ライン」パラメータが、反応タイムスケールと局所的な拡散移動タイムスケールを比較することで半解析的に予測できることを明らかにした。これは、ダスト粒子がある温度領域に留まることで、反応が効率的に進行できることによると考えられる。私たちは、あらゆる反応に対するTline、σlineを、4つの反応パラメータ (アブラミ指数、前指数因子、活性化エネルギー、反応進行度) と2つの円盤パラメータ (乱流粘性係数、質量降着率) から予測することができる、反応ライン予測式を開発した。この式は、数値シミュレーションによって求められたTlineと5.5%、σlineと24%以内の範囲でよく一致することが確認された。
本研究で求められた「反応ライン」予測式は、初期太陽系進化において円盤の様々な位置で様々な反応を引き起こした化学進化を議論する上で、強力なツールになり得る。この式により、実験室で決定された反応速度論を直ちに降着円盤に適用し、円盤における物質の分布や複数の反応の競合を議論することができるようになる。

Event date： 2023.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：千葉　幕張メッセ   Country：Japan  

始原的隕石などに見つかるプレソーラーSiC粒子は、原始太陽系円盤の酸化的環境下では熱力学的に不安定であるため (e.g., Larimer and Bartholomay, 1979)、原始太陽系円盤の熱的プロセスにおける円盤物理化学条件の指標となり得る。Mendybaev et al. (2002) では、1気圧の酸素分圧をコントロールした様々な酸化還元環境化でSiC蒸発実験をおこない、原始太陽系円盤でのプレソーラーSiC粒子の残存可能性を議論している。しかしながら、原始太陽系円盤の低圧環境下では反応ガスのフラックスが全体の反応速度を決定するなど　(e.g., Yamamoto et al., 2018, 2021)、1気圧条件で得られた反応速度を円盤環境での反応速度に直接応用できない可能性がある。そのため本研究では、原始太陽系円盤でのプレソーラーSiC粒子の残存可能性を理解するため、原始太陽系円盤を模した低圧H2-H2O混合ガス環境下でのSiCの蒸発実験をおこなった。
蒸発実験の出発物質には、プレソーラーSiC粒子の中で最も主要な多形であるβ (3C)-SiC (マーチソン隕石中でプレソーラー粒子の~80%を占める (Daulton et al., 2003)) のチップ (横縦4 × (4–5) mm, 厚み0.6 mm. 化学気相成長法により合成) を用いた。加熱実験には、新たに構築したガス供給系を備えた真空高温加熱縦型炉を用いて、温度1250–1450°C、 H2-H2O混合ガス圧力0.5, 2.5 Paで4–110.3 hおこなった。ガス供給系では、室温での脱イオン水からの蒸発ガスとガスボンベから供給されるH2ガスとが混合され、脱イオン水の消費量と全ガス流量から推定したH2/H2O比は全圧0.5, 2.5 Paの実験でそれぞれ ~225, 420 (i.e., PH2O of 2.2 × 10–3 and 6.0 × 10–3 Pa) であった。 サンプル質量とサイズの変化は高精度電子天秤及びミクロメーターで推定し、蒸発量の推定をおこなった。いくつかのサンプルに関してFIB切片を作成し (FIB-SEM; Hitachi NX2000)、透過型電子顕微鏡 (STEM-EDS; JEOL JEM-2800) で観察をおこなった。
FactSageを用いた熱力学計算から、実験における温度・圧力・酸化還元条件ではSiO2は安定に存在せず、STEM-EDS分析からも表面付近における酸素原子の過剰は観察されなかったことから、SiCの蒸発はアクティブ酸化 (i.e., SiC (s) + 2H2O (g) = SiO (g) + CO (g) + 2H2 (g)) (e.g., Narushima et al., 1997)) を通して起こる可能性が示唆された。蒸発速度k (cm s–1) はTakigawa et al. (2009)と同様の手法を用いて質量損失と初期サンプルサイズにより推定し、蒸発フラックスJ (g cm–2 s–1) に変換した。Jは1350–1450°Cの高温領域では温度にほとんど依存しない一方、1300°C以下の低温領域では大きく温度に依存した。また高温域において、全圧2.5 Paの場合における蒸発フラックスJが0.5 Paに対して2–3倍大きく、一方低温域においてJ は、ばらつきの範囲内で両圧力条件の結果は一致した。このことは~1300–1350°Cで反応律速段階の変化があることを示しており、このことは1気圧でのH2-H2O混合ガス中での蒸発実験においても観察されている (Kim and Readey, 1989)。高温での温度に依存しない蒸発速度は、SiC表面へのH2O気体フラックスが反応速度を律速している可能性を示し (e.g., Yamamoto et al., 2018, 2021)、気体フラックスは圧力に比例するため、全圧0.5, 2.5 Paの実験におけるJの違いを説明可能である。表面における衝突水分子の反応頻度は0.05–0.1と推定された。低温での温度に依存したJは、Mendybaev et al. (2002) におけるfO2 = IW-3, IW-6におけるJと整合的であった
本研究で得られた蒸発速度に基づくと、プレソーラーSiC粒子は溶融CAI形成をもたらした熱的イベント (~1400°C, PH2O > 0.1 Pa, 2–3日; Yamamoto et al., 2021, 2022) において完全に破壊される可能性がある。また、酸素同位体交換により破壊されるプレソーラーケイ酸塩粒子に対して高温で残存する可能性があるが、プレソーラーコランダムが円盤ガスと酸素同位体交換をする温度領域においてはプレソーラーコランダムより先に破壊される可能性があることがわかった。

Event date： 2023.3

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/1128.pdf

Event date： 2023.3

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/2011.pdf

Event date： 2023.3

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/1394.pdf

Event date： 2023.3

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/1129.pdf

Event date： 2023.3

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/1565.pdf

Event date： 2022.3

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Event date： 2022.2

Language：English   Presentation type：Symposium, workshop panel (public)  

Country：Japan  

Event date： 2021.9

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：オンライン   Country：Japan  

Event date： 2021.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：オンライン発表   Country：Japan  

Event date： 2020.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：オンライン   Country：Japan  

Event date： 2020.3

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：United States  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2020/pdf/1809.pdf

Event date： 2019.7

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2019.7

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2019.7

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2019.7

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2019.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2019.5

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Venue：千葉 幕張メッセ   Country：Japan  

Mass-independent oxygen isotope variations of extraterrestrial materials is considered to be a result of oxygen isotope exchange between 16O-rich primitive materials and 16O-poor gaseous reservoirs (Yurimoto & Kuramoto, 2004; Lyons & Young, 2005). Because the isotope exchange rate is controlled by the physicochemical condition of protoplanetary disks, oxygen isotopic compositions of extraterrestrial materials could be a good tracer for the disk conditions. However, little has been known about the kinetics of isotope exchange reaction for oxygen in the disks. We focused on oxygen isotope evolution of amorphous silicate dust, which is recognized as primitive material in protoplanetary disks, and investigated oxygen isotope exchange kinetics between amorphous silicates and water vapor.
A series of oxygen isotope exchange experiments between submicron-sized grains of amorphous silicate with forsterite and enstatite stoichiometry and 18O-enriched water vapor (97% 18O) were carried out at 803−1123 K and water vapor pressure (PH2O) of 0.01–1 Pa using a gold-mirror vacuum furnace equipped with a gas flow system (Yamamoto & Tachibana, 2018). The run products were analyzed with FT-IR (JASCO FT-IR 4200), XRD (Rigaku SmartLab), and FE-SEM (JEOL JSM-7000F). The bulk oxygen isotope composition was determined as an average of multiple measurements for a pelletized sample by SIMS (Cameca ims-6f and -1280HR).
An infrared absorption peak of amorphous silicate at ~10 micron shifted to longer wavelengths with time
by annealing with H 18O vapor of 0.3 Pa at 803−883 K for amorphous forsterite and at 923–1003 K for 2
amorphous enstatite, whereas such a shift was not observed for samples annealed in the presence of isotopically normal water vapor of 0.3 Pa. The relative peak shifts of the 10 micron feature of amorphous forsterite and enstatite correlate with their oxygen isotopic compositions, suggesting that the peak shift was caused by the isotope exchange of oxygen between amorphous silicates and H 18O vapor. Temporal
change of the degree of isotope exchange under these conditions was governed by diffusive isotope
exchange with the isotope exchange rate of D (m2 s–1) = (1.5 ±1.0) ×10–19exp[–161.5 ±14.1 (kJ mol–1) R–1 (1/T–1/1200)] for amorphous forsterite and D (m2 s–1) = (5.0 ±0.2) ×10–21exp[–161.3 ±1.7 (kJ mol–1) R–1 (1/T–1/1200)] for amorphous enstatite. At PH2O= 0.01 Pa, the isotope exchange reaction for amorphous forsterite is controlled by a supply of water vapor at 853 and 883 K, and the supply-controlled isotope exchange rate was evaluated. Crystallization of amorphous forsterite dominated over oxygen isotope exchange at a higher temperature of 1073 K because crystallization precedes the oxygen isotope exchange reaction. The oxygen isotope exchange timescales for amorphous forsterite and enstatite dust under protoplanetary disk conditions suggest that the primary oxygen isotope signatures of amorphous silicate dust would be erased by thermal annealing at temperatures above 500–650 K within the lifetime of protoplanetary disks.
Cometary silicate dust collected by the Stardust mission has 16O-poor isotopic compositions close to the terrestrial value (McKeegan et al., 2006; Nakamura et al., 2008). If primitive silicate dust in the protosolar disk has the same 16O-rich composition as the Sun, this observation implies that comets accreted silicate dust that was thermally processed at temperature above ~500–650 K in the inner Solar System and transported to the comet formation region (e.g., Nuth, 1999; Ciesla, 2007). This could also explain that presolar silicate grains are not a major component in cometary silicates (Floss et al., 2013). The effective radial transport of inner disk materials to the outer part of protoplanetary disks may provide some constrains on the dynamics of protoplanetary disks prior to planet formation.

Event date： 2019.2

Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2018.3

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Other Link： https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2018/pdf/1995.pdf

Event date： 2018.2

Language：English   Presentation type：Symposium, workshop panel (public)  

Country：Japan  

Event date： 2018.2

Language：English   Presentation type：Symposium, workshop panel (public)  

Country：Japan  

Event date： 2018.2

Language：Japanese   Presentation type：Symposium, workshop panel (public)  

Country：Japan  

Event date： 2017.8

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：France  

Event date： 2017.3

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2017.2

Language：English   Presentation type：Oral presentation (general)  

Country：Japan  

Event date： 2017.2

Language：English  

Country：Japan