Time-dependent photodetachment action spectra for the linear hydrocarbon anions C4H and C6H are investigated using the cryogenic Double ElectroStatic Ion Ring ExpEriment. The radiative cooling characteristics of these ions on the millisecond to seconds timescale are characterized by monitoring changes in their spectra as the ions cool by spontaneous infrared (IR) emission. The average cooling rates, extracted using Non-negative Matrix Factorization, are fit with 1/e lifetimes of 19 ± 2 and 3.0 ± 0.2 s for C4H and C6H, respectively. The cooling rates are successfully reproduced using a simple harmonic cascade model of IR emission. The ultraslow radiative cooling dynamics determined in this work provide important data for understanding the thermal cooling properties of linear hydrocarbon anions and for refining models of the formation and destruction mechanisms of these anions in astrochemical environments.

1.
B.
Shukla
,
A.
Susa
,
A.
Miyoshi
, and
M.
Koshi
,
J. Phys. Chem. A
112
,
2362
2369
(
2008
).
2.
M.
Agúndez
and
V.
Wakelam
,
Chem. Rev.
113
,
8710
8737
(
2013
).
3.
A.
Dalgarno
and
R. A.
McCray
,
Astrophys. J.
181
,
95
100
(
1973
).
4.
E.
Herbst
,
Nature
289
,
656
657
(
1981
).
5.
M. C.
McCarthy
,
C. A.
Gottlieb
,
H.
Gupta
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
652
,
L141
L144
(
2006
).
6.
J.
Cernicharo
,
M.
Guélin
,
M.
Agúndez
,
K.
Kawaguchi
,
M.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astron. Astrophys.
467
,
L37
L40
(
2007
).
7.
S.
Brünken
,
H.
Gupta
,
C. A.
Gottlieb
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
664
,
L43
L46
(
2007
).
8.
M.
Agúndez
,
J.
Cernicharo
,
M.
Guélin
,
C.
Kahane
,
E.
Roueff
,
J.
Kłos
,
F. J.
Aoiz
,
F.
Lique
,
N.
Marcelino
,
J. R.
Goicoechea
,
M.
González García
,
C. A.
Gottlieb
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astron. Astrophys.
517
,
L2
(
2010
).
9.
J.
Cernicharo
,
N.
Marcelino
,
J. R.
Pardo
,
M.
Agúndez
,
B.
Tercero
,
P.
de Vicente
,
C.
Cabezas
, and
C.
Bermúdez
,
Astron. Astrophys.
641
,
L9
(
2020
).
10.
J.
Cernicharo
,
M.
Guélin
,
M.
Agúndez
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
688
,
L83
L86
(
2008
).
11.
C.
Walsh
,
N.
Harada
,
E.
Herbst
, and
T. J.
Millar
,
Astrophys. J.
700
,
752
761
(
2009
).
12.
E.
Herbst
and
Y.
Osamura
,
Astrophys. J.
679
,
1670
1679
(
2008
).
13.
E.
Roueff
and
E.
Herbst
,
J. Phys.: Conf. Ser.
192
,
012008
(
2009
).
14.
T. J.
Millar
,
C.
Walsh
,
M. A.
Cordiner
,
R.
Ní Chuimín
, and
E.
Herbst
,
Astrophys. J.
662
,
L87
L90
(
2007
).
15.
M. A.
Cordiner
and
P. J.
Sarre
,
Astron. Astrophys.
472
,
537
545
(
2007
).
16.
R. C.
Fortenberry
,
T. D.
Crawford
, and
T. J.
Lee
,
Astrophys. J.
762
,
121
(
2012
).
17.
B. A.
Laws
,
Z. D.
Levey
,
T. W.
Schmidt
, and
S. T.
Gibson
,
J. Am. Chem. Soc.
143
,
18684
18692
(
2021
).
18.
R. D.
Thomas
,
H. T.
Schmidt
,
G.
Andler
,
M.
Björkhage
,
M.
Blom
,
L.
Brännholm
,
E.
Bäckström
,
H.
Danared
,
S.
Das
,
N.
Haag
,
P.
Halldén
,
F.
Hellberg
,
A. I. S.
Holm
,
H. A. B.
Johansson
,
A.
Källberg
,
G.
Källersjö
,
M.
Larsson
,
S.
Leontein
,
L.
Liljeby
,
P.
Löfgren
,
B.
Malm
,
S.
Mannervik
,
M.
Masuda
,
D.
Misra
,
A.
Orbán
,
A.
Paál
,
P.
Reinhed
,
K.-G.
Rensfelt
,
S.
Rosén
,
K.
Schmidt
,
F.
Seitz
,
A.
Simonsson
,
J.
Weimer
,
H.
Zettergren
, and
H.
Cederquist
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
065112
(
2011
).
19.
V.
Chandrasekaran
,
B.
Kafle
,
A.
Prabhakaran
,
O.
Heber
,
M.
Rappaport
,
H.
Rubinstein
,
D.
Schwalm
,
Y.
Toker
, and
D.
Zajfman
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
4078
4082
(
2014
).
20.
N.
Kono
,
T.
Furukawa
,
H.
Tanuma
,
J.
Matsumoto
,
H.
Shiromaru
,
T.
Azuma
,
K.
Najafian
,
M. S.
Pettersson
,
B.
Dynefors
, and
K.
Hansen
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
24732
24737
(
2015
).
21.
M.
Wolf
,
H. V.
Kiefer
,
J.
Langeland
,
L. H.
Andersen
,
H.
Zettergren
,
H. T.
Schmidt
,
H.
Cederquist
, and
M. H.
Stockett
,
Astrophys. J.
832
,
24
(
2016
).
22.
G.
Ito
,
T.
Furukawa
,
H.
Tanuma
,
J.
Matsumoto
,
H.
Shiromaru
,
T.
Majima
,
M.
Goto
,
T.
Azuma
, and
K.
Hansen
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
183001
(
2014
).
23.
S.
Iida
,
W.
Hu
,
R.
Zhang
,
P.
Ferrari
,
K.
Masuhara
,
H.
Tanuma
,
H.
Shiromaru
,
T.
Azuma
, and
K.
Hansen
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
514
,
844
851
(
2022
).
24.
J. N.
Bull
,
M. S.
Scholz
,
E.
Carrascosa
,
M. K.
Kristiansson
,
G.
Eklund
,
N.
Punnakayathil
,
N.
de Ruette
,
H.
Zettergren
,
H. T.
Schmidt
,
H.
Cederquist
, and
M. H.
Stockett
,
J. Chem. Phys.
151
,
114304
(
2019
).
25.
H. T.
Schmidt
,
R. D.
Thomas
,
M.
Gatchell
,
S.
Rosén
,
P.
Reinhed
,
P.
Löfgren
,
L.
Brännholm
,
M.
Blom
,
M.
Björkhage
,
E.
Bäckström
,
J. D.
Alexander
,
S.
Leontein
,
D.
Hanstorp
,
H.
Zettergren
,
L.
Liljeby
,
A.
Källberg
,
A.
Simonsson
,
F.
Hellberg
,
S.
Mannervik
,
M.
Larsson
,
W. D.
Geppert
,
K. G.
Rensfelt
,
H.
Danared
,
A.
Paál
,
M.
Masuda
,
P.
Halldén
,
G.
Andler
,
M. H.
Stockett
,
T.
Chen
,
G.
Källersjö
,
J.
Weimer
,
K.
Hansen
,
H.
Hartman
, and
H.
Cederquist
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
055115
(
2013
).
26.
E.
Bäckström
,
D.
Hanstorp
,
O. M.
Hole
,
M.
Kaminska
,
R. F.
Nascimento
,
M.
Blom
,
M.
Björkhage
,
A.
Källberg
,
P.
Löfgren
,
P.
Reinhed
,
S.
Rosén
,
A.
Simonsson
,
R. D.
Thomas
,
S.
Mannervik
,
H. T.
Schmidt
, and
H.
Cederquist
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
143003
(
2015
).
27.
N.
Lopes
and
B.
Ribeiro
, “
Non-negative matrix factorization (NMF)
,” in
Machine Learning for Adaptive Many-Core Machines: A Practical Approach
(
Springer International Publishing
,
Cham
,
2015
), pp.
127
154
.
28.
I. S.
Dhillon
and
S.
Sra
, “
Generalized nonnegative matrix approximations with Bregman divergences
,” in
Neural Information Processing Systems (NIPS)
,
2005
.
29.
M. H.
Stockett
,
M.
Björkhage
,
H.
Cederquist
,
H. T.
Schmidt
, and
H.
Zettergren
,
Faraday Discuss.
217
,
126
137
(
2019
).
30.
M. H.
Stockett
,
M.
Björkhage
,
H.
Cederquist
,
H. T.
Schmidt
, and
Z.
Henning
,
Proc. Int. Astron. Union
15
,
127
131
(
2019
).
31.
E. P.
Wigner
,
Phys. Rev.
73
,
1002
1009
(
1948
).
32.
J. W.
Farley
,
Phys. Rev. A
40
,
6286
6292
(
1989
).
33.
M. H.
Stockett
,
J. N.
Bull
,
J. T.
Buntine
,
E.
Carrascosa
,
E. K.
Anderson
,
M.
Gatchell
,
M.
Kaminska
,
R. F.
Nascimento
,
H.
Cederquist
,
H. T.
Schmidt
, and
H.
Zettergren
,
Eur. Phys. J. D
74
,
150
(
2020
).
34.
T.
Beyer
and
D. F.
Swinehart
,
Commun. ACM
16
,
379
(
1973
).
35.
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
1023
(
1989
).
36.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
X.
Li
,
M.
Caricato
,
A. V.
Marenich
,
J.
Bloino
,
B. G.
Janesko
,
R.
Gomperts
,
B.
Mennucci
,
H. P.
Hratchian
,
J. V.
Ortiz
,
A. F.
Izmaylov
,
J. L.
Sonnenberg
,
D.
Williams-Young
,
F.
Ding
,
F.
Lipparini
,
F.
Egidi
,
J.
Goings
,
B.
Peng
,
A.
Petrone
,
T.
Henderson
,
D.
Ranasinghe
,
V. G.
Zakrzewski
,
J.
Gao
,
N.
Rega
,
G.
Zheng
,
W.
Liang
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
K.
Throssell
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M. J.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E. N.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T. A.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A. P.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
C.
Adamo
,
R.
Cammi
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
, and
D. J.
Fox
, Gaussian 16, Revision C.01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2016
.
37.
J.
Zhou
,
E.
Garand
, and
D. M.
Neumark
,
J. Chem. Phys.
127
,
154320
(
2007
).
38.
E. E.
Etim
,
P.
Gorai
,
A.
Das
,
S. K.
Chakrabarti
, and
E.
Arunan
,
Astrophys. J.
832
,
144
(
2016
).
39.
T. R.
Taylor
,
C.
Xu
, and
D. M.
Neumark
,
J. Chem. Phys.
108
,
10018
10026
(
1998
).
40.
J. N.
Bull
 et al (unpublished data).
41.
J.
Gregory
,
J. R. R.
Verlet
, and
J. N.
Bull
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
8284
8288
(
2020
).
42.
T.
Pino
,
M.
Tulej
,
F.
Güthe
,
M.
Pachkov
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
116
,
6126
6131
(
2002
).
43.
K. D.
Jordan
and
F.
Wang
, “
Theory of dipole-bound anions
,”
Annu. Rev. Phys. Chem.
54
,
367
396
(
2003
).
44.
H. T.
Schmidt
,
G.
Eklund
,
K. C.
Chartkunchand
,
E. K.
Anderson
,
M.
Kamińska
,
N.
de Ruette
,
R. D.
Thomas
,
M. K.
Kristiansson
,
M.
Gatchell
,
P.
Reinhed
,
S.
Rosén
,
A.
Simonsson
,
A.
Källberg
,
P.
Löfgren
,
S.
Mannervik
,
H.
Zettergren
, and
H.
Cederquist
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
073001
(
2017
).
45.
N.
Sakai
,
T.
Sakai
,
Y.
Osamura
, and
S.
Yamamoto
,
Astrophys. J.
667
,
L65
L68
(
2007
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.