| 研究課題/領域番号 |
24H00252
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分16:天文学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東邦大学 |
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研究代表者 |
古川 武 東邦大学, 理学部, 准教授 (30435680)
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| 研究分担者 |
斉藤 学 京都大学, 工学研究科, 教授 (60235075)
久間 晋 立教大学, 理学部, 教授 (50600045)
谷口 琴美 国立天文台, アルマプロジェクト, 助教 (40865549)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2026年度)
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| 配分額 *注記 |
49,140千円 (直接経費: 37,800千円、間接経費: 11,340千円)
2026年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2025年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
2024年度: 29,640千円 (直接経費: 22,800千円、間接経費: 6,840千円)
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| キーワード | 星間分子進化 / 孤立分子蛍光 / 再帰蛍光 / 分子分光 / 星間分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，発見以来およそ100年の長きにわたり起源が不明な合計500本以上の星間分子吸収線『ぼやけた星間線(Diffuse Interstellar Bands, DIBs)』の系統的な起源分子探索を，研究代表者らが世界に先駆けて直接観測に成功した孤立分子の新奇な蛍光放出現象『再帰蛍光』を利用する『レーザー誘起再帰蛍光法』の開発により実現する．炭素分子イオンや芳香族炭化水素分子イオンに対する系統的な吸収スペクトル測定からDIBsの起源分子探索を推進し，DIBs強度からその星間・星周空間での分子存在量決定を可能とすることで星間・星周空間における分子合成進化の詳細解明に向けた礎の構築を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，発見以来およそ100年の長きにわたり起源が不明であった合計500本以上の星間分子吸収線『ぼやけた星間線(Diffuse Interstellar Bands, DIBs)』の系統的な起源分子探索を目指している．そのための実験手法として，近年にその存在が確認された孤立分子の『再帰蛍光』過程を利用した『レーザー誘起再帰蛍光法』による孤立分子の吸収分光測定を確立する．
研究初年度である令和６年度は，研究の要となる『レーザー誘起再帰蛍光観測』ならびに『イオントラップ』を実現するため，必要となる各種実験装置の導入，性能評価を行った．具体的には，生成イオン収量の向上・安定化のため，レーザーアブレーションイオン源を新たに製作し，その性能評価を行った．本イオン源によってイオンの収量安定性が大幅に改善され，測定に際してイオン収量をおよそ５倍に向上することに成功した．イオン源は２台作成し，東邦大学，京都大学それぞれの実験装置に導入されている．
また，単一光子検出用の大受光面を有した光電子増倍管を京都大学にも導入，その性能評価を行い，測定に必要な低BG，高量子効率を確認した．本検出器を含め，多環芳香族炭化水素イオンからの再帰蛍光観測に向けた準備を進めた．
さらに，東邦大学ではレーザー励起に起因した再帰蛍光観測のため，励起用パルス色素レーザーを導入し，測定に十分と見積もられた出力5mJ/pulseを確認した．また，レーザーとイオンビームを合流させるためのビームライン整備も実施した．
加えて，分子のバッファガス冷却用ならびに光観測用のイオントラップ装置について，トラップのための高周波高電圧回路を作成し，周波数1-4MHz, 振幅600Vppを達成した．また，各イオントラップ本体の整備も順次進めており，令和７年度に完了の予定である．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で大きな問題となるのがイオントラップへの導入，蓄積，バッファガス冷却などによる対象分子イオンの散逸であり，実験への影響を抑えるにはイオン源から供給される分子イオン数の増強、安定化が重要である．今回，レーザーアブレーションイオン源の構造を改良し，イオン収量を５倍に増強、安定化を飛躍的に向上できたことは，研究を大きく進展させる成果と評価できる．
また，実際にイオントラップへの蓄積ならびにレーザー誘起再帰蛍光の観測を行うために必要な各種装置の開発，整備も大きな問題なく順調に進行していることから，全体を通じておおむね順調に進展している、と評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究２年目にあたる令和７年度は，令和６年度に引き続き，東邦大学，京都大学それぞれで研究の中核となる実験装置の開発・整備を進める．東邦大学では，昨年度より引き続き冷却用イオントラップの開発を進め，GM冷凍機にてイオントラップ全体を星間空間と同程度である数Kの極低温に冷却することでバッファガス冷却により極低温炭素分子イオンを生成，そのレーザー誘起再帰蛍光の観測実現を目指す．
京都大学では，令和６年度に整備したレーザーアブレーションイオン源ならびに単一光子検出用光電子増倍管を用いて，芳香族炭化水素であるナフタレンならびにアントラセンの正イオンを既設のイオンビームトラップに閉じ込め，レーザー誘起再帰蛍光観測を行う．
両拠点での測定データを元に，令和８年度のDIBs起源分子探索実験について得られる統計収量と必要な測定時間など実験の計画詳細を議論する．また，令和６年度に引き続き本研究でのDIBs起源分子探索にて第一候補となる分子イオン種を，炭素分子イオン，芳香族炭化水素イオンの各測定データから議論する．
その後，東邦大学において極低温炭素分子イオンC6-の光吸収スペクトルを測定し，DIBsデータとの比較を行う．また，京都大学にバッファガス冷却用極低温イオントラップならびに狭線幅パルス色素レーザーを移設し，極低温ナフタレン正イオンのレーザー誘起再帰蛍光測定も試みる．
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