グルタロニトリルの回転スペクトル測定と天文学的探索

Rotational spectroscopy and astronomical search for glutaronitrile.

• C Cabezas
• C Bermúdez
• Y Endo
• B Tercero
• J Cernicharo

抄録

研究内容:

星間物質（ISM）で観測されている分子の約15%を占めるニトリルは、驚くべきことに、これまでに2つのジニトリルしか検出されていませんでした。ジニトリルが天文学的に検出されていないのは、実験室での回転分光データがないことも理由の一つかもしれません。

Context: Nitriles constitute almost 15% of the molecules observed in the interstellar medium (ISM), surprisingly only two dinitriles have been detected in the ISM so far. The lack of astronomical detections for dinitriles may be partly explained by the absence of laboratory rotational spectroscopic data.

目的:

本研究では、グルタロニトリル(N≡C-CH-CH-CH-CH-CH≡N)の回転スペクトルを調べ、ISMでの検出を可能にすることを目的としている。

Aims: Our goal is to investigate the rotational spectrum of glutaronitrile, N≡C-CH-CH-CH-C≡N, in order to allow its possible detection in the ISM.

方法:

グルタロニトリルの回転スペクトルを2つの異なる実験装置を用いて測定した。フーリエ変換マイクロ波分光器を用いて、グルタロニトリルの超音速ジェット回転スペクトルを6〜20GHzの範囲で観測した。さらに、高速フーリエ変換バックエンドを備えた電波天文学受信機をベースにした広帯域ミリ波スペクトロメータを用いて、72-116.5GHzの周波数範囲でmmWスペクトルを観測した。スペクトル探索は、高レベルの第一原理計算によってサポートされた。

Methods: The rotational spectrum of glutaronitrile was measured using two different experimental setups. A Fourier transform microwave spectrometer was employed to observe the supersonic jet rotational spectrum of glutaronitrile between 6 and 20 GHz. In addition, the mmW spectrum was observed in the frequency range 72-116.5 GHz using a broadband millimetre-wave spectrometer based on radio astronomy receivers with fast Fourier transform backends. The spectral searches were supported by high-level ab initio calculations.

結果:

グルタロニトリルのコンフォーマーについて、回転遷移の最大値が54、量子数が18の合計111個の回転遷移を測定した。解析の結果、回転定数,核四重極結合定数,四重極定数,六重極定数,遠心歪定数を正確に決定することができた。これらの回転パラメータは、IRAM30mで撮影した3mmのスペクトルを用いて、オリオンKL, Sgr B2(N), B1-b, TMC-1の冷温分子雲中のグルタロニトリルを探索するために用いられた。グルタロニトリルは検出されず、上限のカラム密度が得られた。その結果、オリオンKLとSgr B2で得られたサクシノニトリルのカラム密度は、それぞれ1.5倍、5倍の値であった。

Results: A total of 111 rotational transitions with maximum values of and quantum numbers 54 and 18, respectively, were measured for the conformer of glutaronitrile. The analysis allowed us to accurately determine the rotational, nuclear quadrupole coupling, quartic and sextic centrifugal distortion constants. These rotational parameters were employed to search for glutaronitrile in the cold and warm molecular clouds Orion KL, Sgr B2(N), B1-b and TMC-1, using the spectral surveys captured by IRAM 30m at 3mm. Glutaronitrile was not detected, and the upper limits' column densities were derived. Those are a factor of 1.5 and 5 lower than those obtained for the total column densities of the analogous succinonitrile in Orion KL and Sgr B2, respectively.