[P-CG20] 宇宙における物質の形成と進化

[PCG20-04] H₂Oスノーライン以遠に影構造を持つ原始惑星系円盤の赤道面化学構造

*野津 翔太¹、大野 和正²、植田 高啓³、野村 英子³、Walsh Catherine⁴、Eistrup Christian⁵ (1.理化学研究所 開拓研究本部 坂井星・惑星形成研究室、2.カリフォルニア大学 サンタクルーズ校、3.国立天文台 科学研究部、4.リーズ大学、5.マックス・プランク天文学研究所)

キーワード：原始惑星系円盤、スノーライン、有機分子、ダスト、化学進化、惑星大気

原始惑星系円盤 (以下、"円盤") の化学構造の理解は、円盤観測や惑星大気観測、さらには彗星や小惑星などの太陽系小天体の観測結果を解釈する上でも重要である。最近 Ohno & Ueda (2021) は、T Tauri 円盤 (原始太陽系円盤) においてH₂Oスノーライン (= 1.3 au) 前後で30倍程度以上のダスト面密度差があれば、その外側 (現在の木星軌道付近) では影になる事で温度が30Kを下回り、N₂ や希ガスなどがダスト上に凍結可能である事を示した。

そこで発表者らは同じ円盤物理構造モデルの下で詳細なガス・ダスト化学反応ネットワーク計算を実施し、主要分子の組成や元素組成比の分布を調べた。その結果、影構造を持つ円盤では HCN, CH₄, H₂CO など先行研究 (Ohno & Ueda 2021) では考慮されていない分子も豊富に存在する事、2 au 以遠で CO₂やCH₄, C₂H₆ などがダスト上に凍結する事、円盤ガスC/O比が広範囲で均質(概ね1)になる一方 N/O比が影領域で著しく増加する事などが分かった。この事から、N/O比が円盤影構造の指標として使用できる可能性が示唆された。

また有機分子に着目すると、影領域では H₂COや CH₃OH, NH₂CHO などの飽和有機分子の存在量が増加する一方、不飽和有機分子 (C₂H₂, C₃H₂, HCOOCH₃ など) の存在量が減少する事などが分かった。これは前者の生成には冷たいダスト上の水素付加反応が重要である一方、後者の生成にはガス中での反応や暖かいダスト上でのラジカル同士の衝突反応が重要である点が関わっていると考えられる。その他、化学進化にとって重要なパラメーターである初期化学組成や電離度を変えた円盤での計算も進めた。

本発表ではこれらの結果の詳細を紹介した上で、ALMAなどを用いた円盤分子輝線観測への示唆や、彗星や小惑星の組成との関係などについて議論を行う予定である。