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新興の学際分野

星間空間の化学

気相反応、塵粒子表面化学、放射線、宇宙線処理が、恒星間の低温・希薄・高密度領域で分子を生成・変換する仕組みを学ぶ。

直観星と星の間の化学

星間空間は化学的な空白ではありません。粒子がまばらな場所でも放射線や宇宙線が反応を始め、塵粒子は原子が出会って反応する表面や氷のマントルを提供します。

望遠鏡で検出された分子は通常、回転または振動スペクトル線から同定されます。存在量の推定には線を数えるだけでなく、放射輸送と励起のモデルが必要です。

星間条件下で気相反応と氷に覆われた塵粒子上の生成・処理を比較します。シーンは概念モデルであり望遠鏡観測ではありません。

学校ガス、塵、分子の指紋

定義: 星間物質

恒星間の空間を満たすガス、プラズマ、放射線、塵です。相によって密度、温度、電離度、遮蔽が大きく異なるため、単一の化学モデルですべての領域を記述できません。

低温分子雲では多くの重い原子が塵粒子の氷マントルに取り込まれています。表面移動、紫外光子、宇宙線衝突がそこでの化学を促し、星形成時の加熱で生成物の一部が気相へ戻ります。

H+H→grain surfaceHX2CO+OH→COX2+H\ce{H + H ->[grain surface] H2}\\\ce{CO + OH -> CO2 + H}

定義: 分子スペクトル線

量子化された分子エネルギー準位間の遷移に対応する周波数の狭い特徴です。複数の測定周波数と相対的パターンを照合すると分子同定と励起状態の制約に役立ちます。

大学気相・塵粒子化学の結合

気相のイオン分子反応は活性化障壁が小さい、またはない場合が多く、低温でも速く進み得ます。中性分子反応、解離性再結合、光解離、吸着・脱離も寄与し、速度は密度、温度、放射場に左右されます。

例: 存在量推定を読む

解答

線強度は分子数だけでなく、励起占有数、放射輸送、不透明度、放射領域、望遠鏡ビームにも依存します。物理・放射モデルへの適合から存在量を推定し、仮定の不確かさも考慮します。

dnidt=∑jkjinj−ni∑jkij+Pi−Li\frac{dn_i}{dt}=\sum_j k_{ji}n_j- n_i\sum_j k_{ij}+P_i-L_i

上級分子雲から惑星材料へ

環境主な過程化学上の注意
希薄雲紫外光化学・イオン分子反応強い光分解
低温高密度雲凍結と塵表面反応遅い反応と不確かな表面速度
温暖な星形成領域氷の脱離と速い気相化学短寿命の化学過渡状態

研究研究の最前線

観測、実験室スペクトル、反応データ、物理モデルが一致すると宇宙化学の結論は強くなります。推定存在量や生成経路には、励起、不透明度、塵粒子特性、天体の履歴に関する不確かさが伴います。

参考文献

  • Complex Organic Interstellar Molecules · E. Herbst, E. F. van Dishoeck, 2009
  • 2021 Census of Interstellar, Circumstellar, Extragalactic, Protoplanetary Disk, and Exoplanetary Molecules · B. A. McGuire, 2022
  • The Chemistry of Interstellar Space · T. W. Hartquist, D. A. Williams, 1995