Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Описан новый тип химических связей в молекулах вблизи нейтронных звезд

Описан новый тип химических связей в молекулах вблизи нейтронных звезд
Ученые из Норвегии и США выдвинули предположение о том, что возле "белых карликов" и нейтронных звезд могут существовать молекулы, атомы внутри которых объединены новым типом связи - магнетическим.


 

 

 

Связи между атомами в молекулах электрические по своей природе: у атомов имеются «общие» электроны, а сами атомы при этом находятся в ионизированном состоянии, благодаря которому и возникает соединяющая эти частицы сила. Однако, теперь исследователи полагают, что с физической точки зрения атомы могут быть объединены в стабильные молекулы разных типов с помощью нового вида связей, названных «магнетическими» (magnetic). Хотя такие молекулы пока невозможно получить в лабораториях, применяя даже самые сильные магниты, они могут формироваться под воздействием экстремальных магнитных полей поблизости от «белых карликов» и нейтронных звезд, а их уникальные спектральные сигнатуры позволят нам обнаруживать эти молекулы при помощи современного оборудования.

В новом выпуске Science опубликована статья, в которой рассказывается о том, что коллектив ученых, состоящий из К. Ланге (Kai K. Lange), Е. Теллгрена (E. I. Tellgren), М. Хоффмана (M. R. Hoffmann) и Т. Хелгакера (T. Helgaker) (Центр Теоретической и Вычислительной Химии Химического Факультета Университета в Осло/Centre for Theoretical and Computational Chemistry, Department of Chemistry, University of Oslo), провел детальный квантово-механический анализ параметров двух электронов, помещенных в очень сильное магнитное поле. Предыдущие исследования показали, что относительно слабая связь между атомами формируется, если молекула расположена параллельно магнитному полю, Ланге же и его коллеги установили, что возникает дополнительная и гораздо более сильная связь, если молекулу развернуть перпендикулярно магнитному полю. Основываясь на расчетах ученых, подкрепленных теоретическими и практическими данными, можно определить свойства молекул, образующихся в магнитном поле. Примечательно, что предложенная исследователями модель описывает магнитную молекулу, составленную из атомов гелия, который в силу своей инертности не способен формировать стабильные электрические связи.

 

Нейтронные звезды образуют сверхмощные магнитные поля, в зоне действия которых могут существовать неизученные типы молекул

 

Почему магнитные поля в космосе могут быть настолько сильными? Белые карлики представляют собой плотные ядра звезд, подобных Солнцу, которые, после того как у них заканчивается ядерное топливо, теряют свои внешние слои. Нейтронные звезды – это еще более плотные «останки» звезд, по меньшей мере, в восемь раз массивнее Солнца; они образуются при коллапсе звездного ядра во время взрыва сверхновой. В обоих случаях, небольшой по своему объему объект из оставшегося звездного вещества очень высокой плотности создает чрезвычайно сильное магнитное поле у поверхности.

Самые мощные лабораторные магниты могут продуцировать магнитные поля силой до 40 Тесла. Поля, окружающие белые карлики, в тысячу раз сильнее, а поля нейтронных звезд еще сильнее. (Для сравнения: аппаратура для магнитно-резонансной томографии работает с магнитным полем в 7 Тесла, а магнитное поле Земли варьируется от 25 до 65 микроТесла.) Другими словами, магнитное окружение вблизи звездных останков весьма значительно отличается от полей, которые мы сейчас можем создавать на Земле, потому особенно интересны явления, протекающие в столь необычных космических условиях.

Авторы исследования использовали традиционный для молекулярной физики и химии метод, известный как расчет полного конфигурационного взаимодействия (full configuration-interaction, FCI). При таком подходе атомы моделируются очень точно, с минимум допущений, что дает возможность определить все возможные конфигурации внутримолекулярных связей. Ученые сфокусировали свое внимание на водороде, главными преимуществами которого считаются его простая структура (один электрон на атом) и распространенность. При низких температурах и пренебрежительно слабых электромагнитных полях, водород формирует двухатомную молекулу H2 за счет ковалентной связи, подразумевающей распределение двух электронов между обоими атомами. Однако окружающее былые карлики и нейтронные звезды пространство столь разогрето, что связь этого типа не может существовать, и как следствие, молекулы распадаются.

 

Sirius B (слева) - один из ближайших к нам "белых карликов"

 

Судя же по результатам анализа, мощные магнитные поля способны внести коррективы в эту ситуацию. В соответствии с расчетами по мере увеличения силы магнитного поля, электронные орбитали (основа атомарных электронных облаков) искажаются, придавая атомам магнитные свойства. Этот эффект, называющийся парамагнетизмом, можно наблюдать в некоторых материалах: у них обнаруживаются магнитные характеристики при воздействии внешнего поля (тогда как  ферромагнетики – «постоянные магниты» - не требуют наличия внешнего поля). В случае с атомами водорода, помещенными в чрезвычайно мощное магнитное поле, в результате эффекта парамагнетизма появляются молекулы H2, атомы внутри которых удерживаются посредством магнитных связей.

Более ранние исследования указывали на существование магнитных связей при ориентации атомов, перпендикулярной магнитному полю, но характер связей для других направлений ориентации оставался неизученным. Новые расчеты говорят о том, что связи продолжают действовать вне зависимости от угла по отношению к полю, хотя перпендикулярная ориентация оказывается предпочтительней для более сильной магнитной связи. Также ранее представлялось, что связь устанавливается благодаря движению электронов, а не за счет парамагнетического эффекта. Расхождения в выводах, по-видимому, обусловлены использованием в предыдущих расчетах упрощений и менее точных математических схем.

Ученые также произвели вычисления по методу полного конфигурационного взаимодействия для гелия, который образует молекулы только в экстремальных условиях – и даже тогда эти молекулы очень нестабильны. Физики выяснили, что магнитные связи между атомами гелия возможны, а значит, в теории существует квазистабильное парамагнетическое вещество, состоящее из молекул He2. Впрочем, такие молекулы разрушаются, если внешнее магнитное поле пропадает.

Схема молекулы гелия He2, которую, возможно, удастя получить, используя новые импульсные магниты

 

Из-за фундаментальных различий с обычным водородом, спектр «магнитных» молекул H2 – комбинация параметров волн поглощаемого или испускаемого ими света – будет существенно отличаться от спектра молекул H2, построенных на ковалентных связях. Магнетический гелий также обладает уникальным спектром. Если магнетические молекулы присутствуют в атмосферах белых карликов и нейтронных звезд в сравнительно больших количествах, их можно выделить из числа других веществ.

Магнитные поля, получаемые в современных лабораториях, не достаточно сильны для образования в них магнетических молекул, тем не менее, оборудование нового поколения, создающее импульсные магнитные поля огромной мощности, сможет на очень короткие промежутки времени формировать условия для возникновения магнетических связей между атомами - а поскольку теперь известны спектральные характеристики магнетических молекул, ученым будет под силу их различить.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Perseverance совершил первую поездку на 21 фут

Perseverance совершил первую поездку на 21 фут

На этой неделе новейший марсоход НАСА отправился на пыльную красную дорогу, показав на одометре 21 фут во время первого тест-драйва.

Марсоход Perseverance спустился со своей посадочной позиции в четверг, через две недели после приземления на Красной планете в поисках признаков прошлой жизни. Поездка по кругу длилась всего 33 минуты и прошла настолько хорошо, что в пятницу и субботу у шестиколесного вездехода было больше возможностей вождения. «Это действительно начало нашего пути», - сказал Рич Рибер, инженер НАСА, проложивши...
06.03.21 13:59
0
0
Впервые обнаружены органические материалы, необходимые для жизни, на поверхности астероида

Впервые обнаружены органические материалы, необходимые для жизни, на поверхности астероида

Новое исследование Royal Holloway обнаружило воду и органические вещества на поверхности образца астероида, привезенного из внутренней части Солнечной системы. Это первый случай, когда на астероиде были обнаружены органические материалы, которые могли стать химическими предшественниками происхождения жизни на Земле.

Образец был привезен на Землю с астероида Итокава во время первой миссии JAXA Хаябуса в 2010 году. Образец показывает, что вода и органическое вещество, происходящие от самого астероида, с течением времени химически эволюционировали. В исследовательском документе говорится, что Итокава постоянно эволюционировал на протяжении миллиардов лет, включая воду и органические материалы из чужеродных внез...
05.03.21 16:30
0
0
Открыта суперземля возле Gliese 486

Открыта суперземля возле Gliese 486

За последние 25 лет астрономы открыли множество экзопланет из камня, льда и газа благодаря конструкции астрономических инструментов, разработанных специально для поиска планет.

Кроме того, используя комбинацию различных методов наблюдений, они смогли определить большое количество масс, размеров и плотности планет, что помогает оценить их внутренний состав и увеличивает количество планет, которые были обнаружены за пределами Солнечной системы. Но изучение атмосферы каменистых планет, которое позволило бы полностью охарактеризовать те экзопланеты, которые похожи на Землю,...
04.03.21 23:04
0
0
eROSITA обнаружил обломки сверхновой

eROSITA обнаружил обломки сверхновой

В ходе первого обзора всего неба с помощью рентгеновского телескопа eROSITA на борту SRG астрономы из Института внеземной физики Макса Планка идентифицировали ранее неизвестный остаток сверхновой, получивший название «Hoinga».

Открытие было подтверждено архивными радиоданными и знаменует собой первое открытие совместного партнерства Австралии и eROSITA, созданного для исследования нашей Галактики с использованием нескольких длин волн, от низкочастотных радиоволн до рентгеновских лучей. Остаток сверхновой звезды Hoinga очень большой и расположен далеко от галактической плоскости - удивительное первое открытие, подразумев...
03.03.21 22:12
0
0
Perseverance совершил первую поездку на 21 фут

Perseverance совершил первую поездку на 21 фут

На этой неделе новейший марсоход НАСА отправился на пыльную красную дорогу, показав на одометре 21 фут во время первого тест-драйва.

Марсоход Perseverance спустился со своей посадочной позиции в четверг, через две недели после приземления на Красной планете в поисках признаков прошлой жизни. Поездка по кругу длилась всего 33 минуты и прошла настолько хорошо, что в пятницу и субботу у шестиколесного вездехода было больше возможностей вождения. «Это действительно начало нашего пути», - сказал Рич Рибер, инженер НАСА, проложивши...
06.03.21 13:59
0
0
Впервые обнаружены органические материалы, необходимые для жизни, на поверхности астероида

Впервые обнаружены органические материалы, необходимые для жизни, на поверхности астероида

Новое исследование Royal Holloway обнаружило воду и органические вещества на поверхности образца астероида, привезенного из внутренней части Солнечной системы. Это первый случай, когда на астероиде были обнаружены органические материалы, которые могли стать химическими предшественниками происхождения жизни на Земле.

Образец был привезен на Землю с астероида Итокава во время первой миссии JAXA Хаябуса в 2010 году. Образец показывает, что вода и органическое вещество, происходящие от самого астероида, с течением времени химически эволюционировали. В исследовательском документе говорится, что Итокава постоянно эволюционировал на протяжении миллиардов лет, включая воду и органические материалы из чужеродных внез...
05.03.21 16:30
0
0
Открыта суперземля возле Gliese 486

Открыта суперземля возле Gliese 486

За последние 25 лет астрономы открыли множество экзопланет из камня, льда и газа благодаря конструкции астрономических инструментов, разработанных специально для поиска планет.

Кроме того, используя комбинацию различных методов наблюдений, они смогли определить большое количество масс, размеров и плотности планет, что помогает оценить их внутренний состав и увеличивает количество планет, которые были обнаружены за пределами Солнечной системы. Но изучение атмосферы каменистых планет, которое позволило бы полностью охарактеризовать те экзопланеты, которые похожи на Землю,...
04.03.21 23:04
0
0
eROSITA обнаружил обломки сверхновой

eROSITA обнаружил обломки сверхновой

В ходе первого обзора всего неба с помощью рентгеновского телескопа eROSITA на борту SRG астрономы из Института внеземной физики Макса Планка идентифицировали ранее неизвестный остаток сверхновой, получивший название «Hoinga».

Открытие было подтверждено архивными радиоданными и знаменует собой первое открытие совместного партнерства Австралии и eROSITA, созданного для исследования нашей Галактики с использованием нескольких длин волн, от низкочастотных радиоволн до рентгеновских лучей. Остаток сверхновой звезды Hoinga очень большой и расположен далеко от галактической плоскости - удивительное первое открытие, подразумев...
03.03.21 22:12
0