Как проходит изучение самой важной молекулы в космосе

3 Сентября 2014 в 15:30, Илья Хель 6 552 просмотра 5

Космос

«Большая часть Вселенной состоит из водорода в той или иной форме, — говорит Людвик Адамочи, профессор химии и биохимии Аризонского университета. — Но ион H3+ — наиболее распространенный молекулярный ион в межзвездном пространстве. Также это одна из наиболее важных молекул в космосе».

Считается, что H3+ был крайне важным для формирования звезд в ранние дни вселенной, а также стал прекурсором многих видов химических реакций, в том числе тех, которые привели к возникновению воды или углерода, имеющих важное значение для жизни.

Как полагают, H3+ сыграл жизненно важную роль в охлаждении первых звезд во Вселенной и все еще играет важную роль в формировании современных звезд. Скромная молекула, более известная как трехатомный ион водорода, может хранить секреты формирования первых звезд после Большого Взрыва.

Под действием радиации, пронизывающей межзвездное пространство, H3+ может приобретать энергию, которая приведет к вибрации и потере его симметрии. В таком случае электроны распределены только по двум атомам водорода. Асимметрия приведет к тому, что молекула будет излучать свет и охлаждать образующиеся звезды.

Ранние звезды должны были разгораться все жарче и жарче, пока не взорвались бы еще до завершения процесса образования, по словам Мишеля Паванелло, если бы не было способа снять часть этой накопившейся энергии.

«Не было бы никакого звездообразования, если бы не было молекул, которые медленно охлаждали бы звезду, испуская свет, — говорит Паванелло. Не многие молекулы могут сделать это отчасти потому, что в первые дни мироздания было не так много молекул. — Астрономы полагают, что единственной молекулой, которая могла охладить формирующуюся звезду, в то время была именно H3+».

Космос

Другая молекула, молекулярный водород, тоже должна была присутствовать, но ей для охлаждения звезды понадобилось бы на порядок больше времени. Водород не особо любит излучать свет, в то время как H3+ может изгибаться и вибрировать, и при этом излучать свет».

H3+ представляет собой электрически заряженную молекулу, то есть ион. Он состоит из трех атомов водорода, из которых только два делят электроны между собой. Не имея отрицательно заряженного электрона, молекула приобретает плюс-один положительный заряд. H3+ треугольной формы, и когда возбуждается, начинает вибрировать различными способами.

«Нужно большое количество вычислений, чтобы предсказать эти вибрации на квантово-механическом уровне, — говорит Адамович. — Задача теории — в основном имитировать эти вибрации на компьютере, а затем описать, как молекула танцует, или вибрирует».

Понимание различных вибраций H3+ может помочь астрономам определить ее роль в образовании звезд во времена юной вселенной.

«В 90-х годах H3+ наблюдался вокруг звезд, — говорит Адамович. — Звезды излучают радиацию, которая не только способствует производству H3+, но и возбуждает молекулы до более высоких энергетических состояний. Молекула также может возбуждаться из-за остаточной энергии после химической реакции, в которую была вовлечена, или из-за столкновения с другими молекулами. В процессе спада возбуждения молекула излучает фотоны, которые были зафиксированы нашими радиотелескопами».

Это может происходить только с H3+, поскольку молекулярный водород слишком симметричен. Можно сделать вывод, что у H3+ была крайне важная функция охлаждения звезд в процессе образования после Большого Взрыва.

«Единственный способ, который поможет нам прогнозировать формирование звезд, — это точное знание охлаждающих способностей H3+. И мы не можем узнать об этих охлаждающих способностях все, пока не узнаем спектр вибраций молекулы. Нам нужно знать, каковы ее энергетические уровни».

Космос

В представленной работе ученые определили уровни энергии достаточно точно для того, чтобы можно было произвести точные прогнозы охлаждающих способностей H3+.

Группа не ставила перед собой задачу раскрыть секреты H3+, говорит Паванелло.

«Все произошло почти случайно. У нас в отделе масс-спектрометрии Аризонского университета был хороший друг, квантовый химик из Венгрии. Однажды он зашел и разговорился с Людвиком о возможности провести некоторые расчеты по H3+. В то время я только начал. Код, который я писал, был почти закончен, и мы решили, что H3+ будет хорошей системой для проверки этого кода».

Исследователи задали код на суперкомпьютере в Центре высокопроизводительных вычислений Университета Аризоны. Он описывал то, как H3+ вибрирует в зависимости от принципов квантовой механики. В зависимости от уровня приближений, выполненных с помощью кода, ученые смогли разработать программное обеспечение для хорошего описания движения малых молекул и приблизительного — для крупных молекул.

Результаты команды были подтверждены группами ученых из Венгрии, Франции, Лондона и России, а также учеными из Института Макса Планка в Гейдельберге, Германия, которые создали H3+ в лаборатории и убедились в том, что спектральные линии элемента соответствуют предсказанным.

Вклад команды позволил исследователям впервые обозначить спектральные лини H3+ в определенных видах вибрационных движений, когда ион испускает фотон в почти видимом диапазоне.

«Если вы наведете телескоп на небо, вы увидите спектральные линии, которые специфичны для определенной молекулы или атома, — говорит Паванелло. Различные молекулы испускают фотоны при различных длинах волн, что приводит к разным спектральным линиям, на основе которых астрономы определяют химический состав звезд. Но чем точнее становятся телескопы, тем больше спектральных линий мы видим».

Космос

Ученые находятся в токе, когда видят множество спектральных линий, которые могут идентифицировать, но не знают, что они означают. Зная уровень вибрации, а значит, и спектральные линии H3+, астрономы смогут отфильтровать спектральные линии в ходе наблюдения и продолжить идентификацию элементного состава объектов в космосе.

Также работа позволит ученым предсказать охлаждающие способности H3+ и создать возможный сценарий образования первых звезд после Большого Взрыва. Теперь в руках астрофизиков важный кусок головоломки, которая позволит составить модель формирования первых звезд.

Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Как проходит изучение самой важной молекулы в космосе

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

5 комментариев

  1. Cortes

    Ученые находятся в токе, когда видят множество спектральных линий, которые могут идентифицировать, но не знают, что они означают.....Цитата, одного из последних абзацев. Вопрос: в каком токе находятся ученые? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • sergei.krutoi

      Наверное в токе или под током, при котором ощущается легкое покалывание(несколько миллиампер) от пальцев, приложенных к розетке 220В.(шучу.., а может и нет) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. sergei.krutoi

    Прочитав статью я наконец-то поверил, что современная наука движется в нужном направлении и может прийти к чему-то конкретному и существенному. Просчитать исходный вариант и последующие от начала чего-либо конечно можно, используя методы, которые применяются и описаны в этой статье, но они базируются на причинах причин, и поэтому не точны. Если замкнуть ОСНОВНЫЕ части этого взаимодействия на самих себя, то только лишь в таком случае получается ЕДИНСТВЕННО ВЕРНАЯ картина последующих событий. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • soso

      Сергей, Вы не находите, что Большой Взрыв это описание Божественного Сотворения Мира шизофрениками, в отличии от богословов, называющими себя учеными, иначе говоря - образованные дуры.

      • sergei.krutoi

        Ученые, современная медицина и в частности некоторые медики считают, что богословное священное писание написано шизофреником, в частности апокалипсис, и даже конкретно по фактам указывают на каком основании они сделали свои выводы. Для того, чтобы знать как на самом деле происходит, когда пишутся священные писания, то необходимо проанализировать все обстоятельства, при которых происходят такие вещи. Прежде чем появляется материальное в нашем мире, ответственный за это, сначала в мозг посылает информацию, соответствующее характеру мышления принимаемого, и в последствии принявший использует ее для воплощения, материализации. Все написанные священные писания, и даже действия святых и пророков выполнялись от диктовки или "под диктовку". Тот кто умел обходится без этого, напрямую и без посредников общался с самим собой, изучив себя досконально, и от этого пренебрегал или отвергал какое-либо вмешательство в процесс его творчества, в его жизнь. Шизофренистическое - это воздействие на мозг, смещая при этом действительность, от чего возникают мысли, которые совпадают с этим смещением, и возникает энергия, отличная от действительности. Истинный творец, который созидает, знает это все, поэтому различает такие вмешательства и использует эту энергию на свое усмотрение. Все религии были намеренно созданы для удобства управления человеком, дергая его как за невидимые нити. Сам человек по сути является богом и ни кем иным. Для того, чтобы запудрить ему мозги, используется соответствующая тактика, основанная на обмане, где относительно настойчиво внушается, что ты не есть совершенство, ты не всемогущ, и всегда зависим от многого. Поэтому духовное - это некая абстракция, полученная от разделения с реальностью, а материализм - это общественная социализация, базирующаяся или основанная только на следствии. А большой взрыв действительно был, от чего возникла наша вселенная, и создал ее разумный на компьютере - т. е. мы сами себя и создали. А кто создает разум и вселенные - то уже другой вопрос. Но все всегда и везде происходит и(или) образуется по подобию или используется тождественность. Наиболее близка по сути к действительности или реальности - это христианская религия. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.