マグネシウムを含む直線炭素鎖分子の電子遷移分光研究による星間未同定吸収線の解明

• Project/Area Number: 18K05045
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 荒木 光典 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 研究員 (90453604)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: CH伸縮振動 / ローカルモード / キャビティー / 基準振動数 / 倍音 / 非調和項 / 星間物質 / 広帯域キャビティー増幅吸収分光 / 高次倍音 / 振動遷移 / 酢酸メチル / 酢酸エチル / 酸素吸収線 / チオフェノキシラジカル / キャビティー増幅吸収分光 / Diffuse Cloud / 化学組成 / DIBs / 直線炭素鎖分子

Outline of Annual Research Achievements

原始地球最初の有機物の起源を宇宙に見出すため、分子雲の中に観測される大型有機物の吸収線の同定を目指している。その同定には、分子雲の中の有機物を実験室で放電により人工的に生成すること、そしてそれらを可視光領域で精密に測定をすることが必須である。そこで、それら有機物を放電を用いたスペースシミュレーターで生成し、広帯域・高分解能のキャビティー増幅吸収分光装置を用いて測定する。
そのため、これまで日本国内での開発実績のなかった広帯域・高分解能のキャビティー増幅吸収分光装置の開発を行ってきた。組み立てが完了した同装置を用い、そのセル内に酢酸メチルと酢酸エチルを導入して、そのCH伸縮振動の第三・第四・第五倍音の吸収スペクトルを測定した。これらは、近赤外帯から可視光領域に現れる振動遷移の禁制遷移である。一般に赤外で測定される基音と呼ばれる約3000波数に現れる許容遷移に比べて、倍音の遷移強度は第一倍音で1/10であり、以後量子数が大きくなるにつれ一桁ずつ降下する。大変微弱な遷移であるにも関わらず、これらの分子において高次倍音を初めて検出することができた。すなわち、これらの検出ができたことにより、高感度測定が可能であることが実証できた。高次倍音の解析には、CH結合が分子内の他の構造とは独立に振動をしているというローカルモードモデルを用いた。さらに、量子化学計算により基準振動数を求め、解析の初期パラメータに用いた。そして、実験データを用いて、各倍音の振動数を正確に説明するための基準振動数と非調和項を精密に決定することができた。よって、未測定のさらなる高次倍音も含めて一貫した振動数予想が可能になった。
以上の研究により、開発した広帯域キャビティー増幅吸収分光装置の感度の検証が実現し、今後放電生成した人工の星間物質の測定に応用が可能であることが明らかになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックス・プランク研究所(ドイツ)
• [Journal Article] Rapid measurements of hydrogen cyanide concentration in combustion gas via terahertz spectroscopy (2022)
  • Author(s): Araki Mitsunori、Matsuyama Ken
  • Journal Title: Current Applied Physics Volume: 36 Pages: 83-87
  • DOI: 10.1016/j.cap.2021.12.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gas-phase CH-Overtone band spectra of methyl acetate and ethyl acetate via incoherent broad-band cavity-enhanced absorption spectroscopy (2022)
  • Author(s): Araki Mitsunori、Sato Takeru、Oyama Takahiro、Hoshino Shoma、Tsukiyama Koichi
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 796 Pages: 139568-139568
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2022.139568
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laboratory spectroscopy and radio astronomical observations to reveal transportation of molecules from circumstellar envelopes to diffuse clouds (2020)
  • Author(s): 荒木光典
  • Journal Title: 低温科学 Volume: 78 Pages: 35-46
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.78.35
  • NAID: 120006841069
  • ISSN: 1880-7593
  • Year and Date: 2020-03-24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Haruka T. Sato, Mitsunori Araki（責任著者）, Takahiro Oyama, and Koichi Tsukiyama (2020)
  • Author(s): Laboratory Optical Spectroscopy of Vibronic Transitions of the Thiophenoxy Radical
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 899 Issue: 1 Pages: 32-32
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9d8a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observations and Analysis of Absorption Lines including J = K Rotational Levels of CH3CN: The Envelope of Sagittarius B2(M) (2020)
  • Author(s): Mitsunori Araki, Shuro Takano, Nobuhiko Kuze, Yoshiaki Minami, Takahiro Oyama, Kazuhisa Kamegai, Yoshihiro Sumiyoshi, and Koichi Tsukiyama
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 497 Issue: 2 Pages: 1521-1535
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1754
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reevaluation of C4H Abundance Based on the Revised Dipole Moment (2020)
  • Author(s): Takahiro Oyama, Hironori Ozaki, Yoshihiro Sumiyoshi, Mitsunori Araki, Shuro Takano, Nobuhiko Kuze, and Koichi Tsukiyama
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 890 Issue: 1 Pages: 39-39
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6a0a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wavelength Dependence of Poly(<i>p</i>-hydroxystyrene) Ablation by Mid-Infrared Free-Electron Laser (2019)
  • Author(s): Minoru Toriumi, Takayasu Kawasaki, Mitsunori Araki, Takayuki Imai, and Koichi Tsukiyama
  • Journal Title: Journal of Photopolymer Science and Technology Volume: 32 Issue: 2 Pages: 189-193
  • DOI: 10.2494/photopolymer.32.189
  • NAID: 130007744348
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • Year and Date: 2019-06-24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mid-Infrared Amplified Spontaneous Emission from the f ' 0g+ (1D2) Ion-Pair State and Spectroscopic Characterization of the Shallow 0g+ (ab) Valence State of I2 (2019)
  • Author(s): Shoma Hoshino, Takashi Ishiwata, Yukio Nakano, Masaru Fukushima, Hisashi Fujiwara, Mitsunori Araki, Koichi Tsukiyama
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A Volume: 123 Issue: 35 Pages: 7590-7596
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.9b06451
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precise Observations of the 13CO/C18O Isotope Ratios toward the Galactic Center (2019)
  • Author(s): Aya Ubagai, Takahiro Oyama, Mitsunori Araki, Shuro Takano, Yoshiaki Minamai, Yoshihiro Sumiyoshi, Nobuhiko Kuze, Koichi Tsukiyama
  • Journal Title: Research Notes of the AAS Volume: 3 Issue: 5 Pages: 78-78
  • DOI: 10.3847/2515-5172/ab2463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Terahertz Spectroscopy of CO and NO: The First Step Toward Temperature and Concentration Detection for Combustion Gases in Fire Environments (2019)
  • Author(s): Mitsunori Araki, Yuuki Tabata, Naofumi Shimizu, Ken Matsuyama
  • Journal Title: Journal of Molecular Spectroscopy Volume: 361 Pages: 34-39
  • DOI: 10.1016/j.jms.2019.05.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ついにベールを脱いだ大型星間分子 (2019)
  • Author(s): 荒木光典
  • Journal Title: 分光研究 Volume: 68 Pages: 202-202
  • Peer Reviewed
• [Presentation] TESTING DUST-SURFACE FORMATION MODEL OF PREBIOTIC MOLECULE CH3NCO IN STAR-FORMING CORE SAGITTARIUS B2(N1) BY ALMA (2021)
  • Author(s): Kyoichi Izuoka, Mitsunori Araki, Yuki Ohno, Shuro Takano, Takahiro Oyama, Nobuhiko Kuze, and Koichi Tsukiyama
  • Organizer: International Symposium on Molecular Spectroscopy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DETECTION OF CH3NCO IN THE GALACTIC CENTER STAR-FORMING REGION SAGITTARIUS B2(M) BY RADIO ASTRONOMICAL OBSERVATIONS (2021)
  • Author(s): Yuki Ohno, Mitsunori Araki, Yoshiaki Minami, Takahiro Oyama, Shuro Takano, Nobuhiko Kuze, Yoshihiro Sumiyoshi, and Koichi Tsukiyama
  • Organizer: International Symposium on Molecular Spectroscopy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of cavity enhanced absorption spectrometer and detection of CH overtones of methyl acetete and ethyl acetete (2021)
  • Author(s): Mitsunori Araki
  • Organizer: The Users Meeting of Cavity Ringdown Spectroscopy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 星形成領域 Sagittarius B2(N) における前生物的分子 CH3NCO の塵表面生成の調査 (2021)
  • Author(s): 荒木光典、出岡恭一、大野有紀、小山貴裕、高野秀路、久世信彦、築山光一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] いて座星形成領域における前生物的星間分子CH3NCOのミリ波帯回転線の解析 (2021)
  • Author(s): 荒木 光典，出岡 恭一，大野 有紀，小山 貴裕，高野 秀路，久世 信彦，築山 光一
  • Organizer: 第15回分子科学討論会
• [Presentation] キャビティー増幅吸収分光装置の開発と近赤外領域での伸縮振動高次倍音の検出 (2021)
  • Author(s): 佐藤武，福田生鵬，荒木光典，小山貴裕，星野翔麻，築山光一
  • Organizer: 第15回分子科学討論会
• [Presentation] Development of Cavity Enhanced Absorption Spectrometer Aiming to Measure Optical Absorption Bands of Interstellar Molecules (2021)
  • Author(s): I. Fukuda, T. Sato, M. Araki, T. Oyama, S. Hoshino, K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Testing Dust-Surface Formation Model of Prebiotic Molecule CH 3 NCO in Star-Forming Cores Sagittarius B2 (M) and (N) (2021)
  • Author(s): M. Araki, Y. Ohno, K. Izuoka, T. Oyama, S. Takano, N. Kuze, Y. Sumiyoshi, K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大質量星形成領域Sagittarius B2 (N1)の降着円盤と双極分子流におけるCH3NCOの検出 (2021)
  • Author(s): 出岡恭一、荒木光典、大野有紀、小山貴裕、高野秀路、久世信彦、築山光一
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] ALMA電波望遠鏡を用いた星形成領域Sagittarius B2(N)における前生物的分子CH3NCOの塵表面生成モデルの検証 (2021)
  • Author(s): 出岡恭一、荒木光典、大野有紀、小山貴裕、高野秀路、久世信彦、築山光一
  • Organizer: 第21回分子分光研究会
• [Presentation] Laboratory Spectroscopy and Astronomical Observations for Interstellar Molecules having non-Boltzmann Distribution (2020)
  • Author(s): Mitsunori Araki
  • Organizer: 化学系学協会東北大会、物理化学コロキウム、日本化学会東北支部
  • Invited
• [Presentation] キャビティー増幅吸収分光器の開発 (2019)
  • Author(s): 小山貴裕、荒木光典、築山光一
  • Organizer: キャビティ―リングダウン分光ユーザーズミーティング
• [Presentation] Detection of CH3CN in Envelope around Sagittarius B2(N) (2019)
  • Author(s): Mitsunori Araki, Shuro Takano, Takahiro Oyama, Nobuhiko Kuze, Kazuhisa Kamegai, and Koichi Tsukiyama
  • Organizer: International Symposium on Molecular Spectroscopy, Champaign-Urbana, Illinois (US)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Laboratory Detection of New Absorption Bands of Diffuse-Interstellar-Bands Molecule Candidate Thiophenoxy Radical (2019)
  • Author(s): Haruka Sato, Mayu Negishi, Mitsunori Araki, Takahiro Oyama, Koichi Tsukiyama
  • Organizer: International Symposium on Molecular Spectroscopy, Champaign-Urbana, Illinois (US)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] チオフェノキシラジカルの非発光振電バンドの吸収分光法による検出 (2019)
  • Author(s): 佐藤遥香、根岸茉由、荒木光典、小山貴裕、築山光一
  • Organizer: 分子分光研究会
• [Presentation] Detection of absorption lines of CH3CN in envelope of Sagittarius B2(M) (2018)
  • Author(s): M. Araki, S. Takano, Y. Minami, T. Oyama, N. Kuze, K. Kamegai, and K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Determination of the 13C isotopic ratios of HC3N in the low-mass star-forming region L483 (2018)
  • Author(s): T. Oyama, M. Araki, Y. Minami, H. Ozaki, S. Takano, A. Ohsugi, A. Ubagai, Y. Sumiyoshi, N. Kuze and K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Vibrational temperatures of HC3N in Sagittarius B2(N) (2018)
  • Author(s): A. Ohsugi, T. Oyama, M. Araki, S. Takano, A. Ubagai, Y. Minami, H. Ozaki, Y. Sumiyoshi, N. Kuze, and K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Absorption spectroscopy of the electronic transition of thiophenoxy radical (2018)
  • Author(s): H. Sato, M. Negishi, M. Araki, T. Oyama and K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observations of the 13CO/C18O isotope ratios toward the Galactic Center (2018)
  • Author(s): A. Ubagai, T. Oyama, M. Araki, S. Takano, Y. Minami, A. Ohsugi, H. Ozaki, Y. Sumiyoshi, N. Kuze, and K. Tsukiyama
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銀河系中心SgrB2(M)の外周部分子雲におけるCH3CNの吸収線の検出 (2018)
  • Author(s): 荒木光典，高野秀路，南賢明，小山貴裕，久世信彦，亀谷和久，築山光一
  • Organizer: 分子科学討論会2018
• [Presentation] 小質量星形成領域L483における炭素鎖分子の観測 (2018)
  • Author(s): 小山貴裕，荒木光典，南賢明，高野秀路，祖母井杏耶，大杉歩， 尾﨑裕則，住吉吉英，久世信彦，築山光一
  • Organizer: 分子科学討論会2018
• [Presentation] 星形成領域SgrB2(M)におけるCH3NCOの検出とCH3NCO/HNCO比の導出 (2018)
  • Author(s): 南賢明，荒木光典，小山貴裕，高野秀路，久世信彦，築山光一
  • Organizer: 分子科学討論会2018
• [Presentation] 銀河中心SgrB2(M)方向Diffuse Cloudsにおける有機物CH3CNの検出 (2018)
  • Author(s): 荒木光典、高野秀路、南賢明、小山貴裕、久世信彦、亀谷和久、築山光一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] 銀河中心SgrB2(M)のEnvelopeにおける有機物CH3CNの検出 (2018)
  • Author(s): 荒木光典、高野秀路、南賢明、小山貴裕、久世信彦、亀谷和久、築山光一
  • Organizer: 天文学会秋年会
• [Book] 紫外可視・蛍光分光法 (2021)
  • Author(s): 築山 光一、星野 翔麻
  • Total Pages: 336
  • Publisher: 講談社
  • ISBN: 9784065238059
• [Remarks] The Users Meeting of Cavity Ringdown Spectroscopy
  • URL: https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/tsukilab/crds_um/
• [Remarks] List of observed interstellar molecules
  • URL: http://www.molecules-in.space/
• [Remarks] キャビティーリングダウン分光ユーザーズミーティング
  • URL: https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/tsukilab/crds_um/
• [Remarks] これまでに発見された星間分子リスト
  • URL: https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/tsukilab/research_seikanlist.html
• [Remarks] これまで発見された星間分子リスト
  • URL: https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/tsukilab/research_seikanlist.html
• [Remarks] これまでに発見された星間分子のリスト
  • URL: https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/tsukilab/research_seikanlist.html
• [Funded Workshop] The Users Meeting of Cavity Ringdown Spectroscopy (2021)