Study of formation processes of interstellar nucleobase precursors by laboratory experiments for the organic compound synthesis and quantum chemical calculations

通过有机化合物合成和量子化学计算的实验室实验研究星际核碱基前体的形成过程

• 批准号: 22KJ2625
• 负责人: 米津 鉄平
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2625/
• 关键词: プラズマ放電; 有機物合成実験; ミリ波-テラヘルツ波分光; 量子化学計算; 電波天文; 星間化学; 星間分子; 超伝導デバイス

本研究は、プラズマ放電による有機物合成実験に対するミリ波-テラヘルツ波の分光計測、量子化学計算による反応経路探索、電波望遠鏡による星間空間における観測を通して、星間核酸塩基の形成過程の解明に向けた前駆体の星間空間における形成過程の検証を目的としている。本年度は、主にミリ波-テラヘルツ波のヘテロダイン分光によるプラズマ診断の完全自動計測の手法を確立した。また、これまで搭載していた素子と比較して、広い周波数帯域で受信機雑音温度が低い4 K冷却の超伝導SIS量子検出素子を搭載し、長時間計測やバンド特性の安定化・最適化を行なった。本実験ではプラズマで形成される分子種とその化学的環境の変化を捉えるべく、ガスを導入し放電し続けるが、その際には分光診断システムも温度ドリフトなどをするため、定期的な強度校正が重要となる。しかし、放電中はプラズマ放電/ガス導入を停止し、OFF点を計測することができないため通常の天体観測で使用される強度校正法を適用することが難しかった。そこで、背景光源以外のリファレンス温度を採用する改良型の強度校正法を開発した。これによりHCN分子などのスペクトルを長時間にわたって捉えることに成功した。放射輸送モデルを用いて、微量分子の物理量の導出も実現したため、現在投稿論文を作成中である。また、来年度以降に予定していた量子化学計算による反応経路の検証や、電波望遠鏡を用いた観測/解析も並行して推進した。本年度は、反応経路探索計算によって見つかる膨大な数の反応経路から目的とする経路を抽出するアルゴリズム/プログラムを開発した。加えて、大型ミリ波望遠鏡Large Millimeter Telescope(LMT)50 m鏡に搭載した2 mm帯SIS受信機Band 4 Receiver(B4R)で得られた試験観測時のデータ解析を担当し、上記関連分子に着目した投稿論文を準備中である。

这项研究旨在验证星际空间中前体的形成过程，并通过使用等离子体排放的毫米 - terahertz波进行光谱测量，用于用于有机合成实验，使用量子化学计算搜索反应途径，并使用射频望远镜在星际空间中进行量子。今年，我们已经建立了一种用于血浆诊断的全自动测量方法，主要是使用毫米 - terahertz波的杂化光谱法。此外，与先前安装的设备相比，它配备了一个4K冷水的超导SIS量子检测元件，其频带较宽，接收器噪声温度较低，从而可以长期测量，稳定和稳定和优化。在此实验中，为了捕获血浆及其化学环境形成的分子物种的变化，引入气体并排出。在此实验中，光谱诊断系统还进行温度漂移，因此周期性强度校准很重要。但是，在放电期间，血浆排放/气体引入停止，无法测量关闭点，因此很难应用在正常天文观测中使用的强度校准方法。因此，开发了一种改进的强度校准方法，该方法采用了背景光源以外的参考温度。这导致了很长一段时间内成功捕获了HCN分子和其他物质的光谱。我们还使用辐射传输模型实现了痕量分子的物理量的推导，因此，当前提交的论文正在建设中。此外，我们还使用定于明年及以后的量子化学计算进行了对反应路径的并行研究，并使用射电望远镜进行了观察和分析。今年，我们开发了一种算法/程序，可以从反应路径搜索计算发现的大量反应路径中提取目标路径。此外，他负责在大型毫米望远镜大毫米望远镜（LMT）50 m反射镜上使用的2 mM带SIS接收器4接收器（B4R）获得的测试观察过程中的数据分析，目前正在准备上述相关分子的提交纸。

项目成果

有機物合成実験のためのmm－THz波プラズマ分光診断システムの最適化開発

有机物合成实验毫米太赫兹波等离子体光谱诊断系统优化研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 米津鉄平;前澤裕之
• 通讯作者: 前澤裕之

プラズマ合成で探る有機分子のアグリゲイト状構造の形成過程/撮像

利用等离子体合成探索有机分子聚集体结构的形成过程/成像

• 发表时间: 2023
• 作者: 前澤裕之;米津鉄平
• 通讯作者: 米津鉄平