首都大学東京、理化学研究所、イエテボリ大学からなる研究グループは、宇宙空間のような真空中に孤立した分子に起きる「再帰蛍光」という発光現象を初めて観測した。

分子が光を吸収すると、内部の電子が高いエネルギーを持つ状態(電子励起状態)になる。この電子がエネルギーの低い状態(電子基底状態)に戻るとき、余分なエネルギーを光(蛍光)として発する。しかし、多くの場合、励起された電子のエネルギーは瞬時に分子の振動エネルギーに転換(内部転換)され、そのエネルギーが引き続き周囲の物質に移動して発光しない。

一方、分子の周囲が宇宙空間のような真空状態なら、内部転換で生じた振動エネルギーは周囲の物質に移動できずに分子内に蓄積する。このとき振動エネルギーが電子エネルギーに変換(逆内部転換)され、エネルギーが低い状態に戻るとき光(再帰蛍光)を発する。この再帰蛍光の存在は30年以上前から予言されていたが、分子の孤立環境を作るのが難しく、再帰蛍光と確認できる現象は見出されていなかった。

これまでの研究で、炭素原子が直線状に6個結合した負イオン分子は再帰蛍光を発すると推測されていた。今回、研究グループは「静電型イオン蓄積リング」という装置を用いて、炭素数6までの数種の分子負イオンを閉じ込め、イオンから放出される発光を高感度の光検出器で観測した。その結果、炭素数6のイオンのみから再帰蛍光の検出に成功した。

再帰蛍光は多くの分子で生じると考えられており、今後はその性質の詳細を明らかにし、分子・電子に見られるエネルギーのやり取りの解明が期待される。また、宇宙空間での可視光などの調査により、新たな星間分子の発見も期待されるという。

首都大学東京

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大学ジャーナルオンライン編集部

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