具体的には、北大 低温科学研究所で独自に開発された真空実験装置内に宇宙に浮遊する極低温氷微粒子を再現し、紫外光を照射して一部の水分子をOHラジカルと水素分子に分解する(H2O→OH+H)ことで、氷表面にOHラジカルを生成させることにしたとする。そして、その生成されたOHラジカルをレーザー光で氷表面から引き放し、放出されたOHラジカルを別のレーザーを用いて分析検出することで、氷表面に存在するOHラジカルの観察が行われた。
OHラジカルが氷表面を動き始める温度に達すると、OH同士が化学反応を起こす(OH+OH→H2O2(過酸化水素))ため、OHラジカルの数が減少する。この温度とOHラジカル数の関係を調べることで、氷表面に存在するOHラジカルが動き出すのに必要なエネルギーが測定された。
また、実験から決定されたOHラジカルが動き始めるのに必要なエネルギーから、さまざまな温度条件でOHラジカルが氷表面を動き回る速さが算出された。研究チームによると、氷微粒子上での化学進化は10万年というタイムスケールで考える必要があるとのことで、10万年の間に氷星間塵の表面をくまなく動き回れる温度が見積もられたという。
その結果、極低温の宇宙環境に存在する氷微粒子表面では、およそ-237℃を超えるとOHラジカルの動きが活発化し分子進化が促進することが判明したとする。星間分子雲における星の生成が進むにつれて、その環境の温度は徐々に上昇していく。これは、-263℃程度の極低温で氷表面に蓄積されていたOHラジカルが温度上昇に伴い動き始め、活発な分子進化が起きることを意味するという。研究チームでは、今回の研究で決定された温度を用いて化学進化のシミュレーションを行うことで、OHラジカルの関わる分子進化過程をより正確に理解できることになると説明している。
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宇宙空間に浮遊する氷微粒子表面に存在するOHラジカルのイメージ。新たに開発された、氷表面のOHラジカルを高感度に検出する手法により、OHラジカルが氷表面を動き始める温度を決定することが可能となった。背景は、実際の星間分子雲として有名な、オリオン座の「(暗黒)馬頭星雲」 (出所:北大プレスリリースPDF)
なお、星間分子雲の氷微粒子表面では、OHラジカルだけでなく、さまざまなラジカル種も分子生成に関わっているが、OH以外のラジカル種が氷微粒子の表面でどのように振る舞うかは、まだ詳しくはわかっていないという。そのため、これらの化学種にも同様の手法を適用し、氷表面での動きやすさを調べることで、宇宙の氷微粒子表面における分子進化の全容に迫ることが期待されるとしている。
