[論文レビュー] Infrared Spectra of Meteoritic SiC Grains

Anja C. Andersen, C. Jäger+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 1998

Astro and Planetary Science参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、ムルチソン隕石から抽出した前身星炭化ケイ酸炎の最初の中赤外透過スペクトルが報告され、粒子サイズが結晶構造よりも光学的性質を支配することが明らかになった。小さな粒子（≤5 μm）は広い11.3 μmの吸収帯を示すが、大きな粒子（>5 μm）は10 μmに消光最小値を示し、炭素星におけるSiCの存在を裏付け、多型の種類（例：β-SiC 対 α-SiC）と比較して粒子サイズがスペクトル的特徴において重要な役割を果たしていることを示している。

ABSTRACT

We present here the first infrared spectra of meteoritic SiC grains. The mid-infrared transmission spectra of meteoritic SiC grains isolated from the Murchison meteorite were measured in the wavelength range 2.5--16.5 micron, in order to make available the optical properties of presolar SiC grains. These grains are most likely stellar condensates with an origin predominately in carbon stars. Measurements were performed on two different extractions of presolar SiC from the Murchison meteorite. The two samples show very different spectral appearance due to different grain size distributions. The spectral feature of the smaller meteoritic SiC grains is a relatively broad absorption band found between the longitudinal and transverse lattice vibration modes around 11.3 micron, supporting the current interpretation about the presence of SiC grains in carbon stars. In contrast to this, the spectral feature of the large (> 5 micron) grains has an extinction minimum around 10 micron. The obtained spectra are compared with commercially available SiC grains and the differences are discussed. This comparison shows that the crystal structure (e.g., beta-SiC versus alpha-SiC) of SiC grains plays a minor role on the optical signature of SiC grains compared to e.g. grain size.

研究の動機と目的

• ムルチソン隕石から分離した前身星炭化ケイ酸炎の中赤外透過スペクトルを測定すること。
• 前身星炭化ケイ酸炎の光学的性質を天体物理学的モデル化に活用すること。
• 結晶構造と粒子サイズの影響を評価するために、地上で入手可能なSiCと隕石由来SiCを比較すること。
• 炭素星における起源を文脈として、SiC粒子のスペクトル的特徴を評価すること。

提案手法

• 化学的抽出技術を用いてムルチソン隕石から前身星炭化ケイ酸炎を分離した。
• フーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて2.5–16.5 μmの範囲で中赤外透過スペクトルを測定した。
• 2つの異なる粒子サイズ分画（小粒子：≤5 μm、大粒子：>5 μm）を分析した。
• 隕石由来SiCのスペクトル的特徴を、商業的に入手可能なSiC試料（例：β-SiC および α-SiC）と比較した。
• 吸収帯や消光最小値といったスペクトル的特徴を用いて粒子の性質を推定した。
• 結晶構造と粒子サイズが赤外光学的シグネチャに与える相対的影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ムルチソン隕石に由来する前身星炭化ケイ酸炎の、中赤外透過スペクトルは何か？
• RQ2 小粒子（≤5 μm）と大粒子（>5 μm）の粒子サイズ分画における、隕石由来SiC粒子のスペクトル的特徴はどのように異なるか？
• RQ3 結晶構造（例：β-SiC 対 α-SiC）は、SiC粒子の赤外光学的性質にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 隕石由来SiCのスペクトル的特徴は、商業的に入手可能なSiCとどのように比較できるか？
• RQ5 観測されたスペクトル的特徴は、炭素星におけるSiC粒子の起源と進化について何を示唆するか？

主な発見

• 小さな隕石由来SiC粒子（≤5 μm）は、約11.3 μmに中心を置く広い吸収帯を示し、格子振動モードと整合的である。
• 大きなSiC粒子（>5 μm）は、約10 μmに消光最小値を示し、サイズ効果に起因する異なるスペクトル応答を示している。
• 2つの粒子サイズ分画間のスペクトル的差異は、主に粒子サイズに起因し、結晶構造（例：β-SiC 対 α-SiC）に起因するものではない。
• 隕石由来SiC粒子のスペクトル的特徴は、商業的に入手可能なSiCとは異なり、特に10–12 μmの範囲で顕著に異なる。
• 観測された11.3 μmの吸収帯は、SiC粒子が炭素星に存在し、星間凝縮によって形成されたという解釈を支持している。
• 本研究は、粒子サイズがSiCの赤外光学的性質を決定づける主要因であり、多型種の影響を上回ることを確認した。