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!
1
В Китае создано самое сильное в мире устойчивое магнитное поле

В Китае создано самое сильное в мире устойчивое магнитное поле

Китайские ученые установили новый мировой рекорд по самому сильному устойчивому магнитному полю, когда-либо созданному на Земле. Гибридному магниту удалось создать поле силой 45,22 Тесла, что более чем в миллион раз сильнее, чем у планеты.

Рекорд был установлен в Центре стабильного сильного магнитного поля (SHMFF) в Хэфэй, Китай, с использованием магнита гибридной конструкции, который работает с 2016 года. Конструкция включает резистивный магнит, расположенный в зазоре 32 мм в центре сверхпроводящего магнита, что позволяет им объединить усилия для создания невероятно сильного магнитного поля. 12 августа гибридный магнит создал реко...
16.08.22 07:36
0
-1
Ученые воссоздали песню давно потерянного насекомого, чтобы снова его найти

Ученые воссоздали песню давно потерянного насекомого, чтобы снова его найти

После 150 лет молчания в музее странный образец снова запел свою песню. Ученые воссоздали в цифровом виде звук давно исчезнувшего вида насекомых, которого не видели с 1869 года, создав 3D-сканы его крыльев. Специфика мелодии может помочь отследить живые экземпляры в дикой природе — если они еще остались.

Prophalangopsis obscura — вид катидид, насекомого, похожего на кузнечика, но о нем мало что известно, потому что был собран только один экземпляр. Одинокий голотип, самец длиной 10 см (4 дюйма), был обнаружен где-то в Индии в середине 19 века, а затем передан в дар Лондонскому музею естественной истории, где был впервые научно описан в 1869 году. И с тех пор его никто не видел, несмотря на все ус...
15.08.22 06:56
0
1
Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Международной группой ученых был предложен потенциально лучший способ получения кислорода для астронавтов в космосе с использованием магнетизма.

Вывод сделан на основании нового исследования магнитного разделения фаз в условиях микрогравитации, опубликованного в журнале npj Microgravity исследователями из Уорикского университета Великобритании, Университета Колорадо в Боулдере и Свободного университета Берлина в Германии.Поддержание дыхания астронавтов на борту Международной космической станции и других космических аппаратов — сложный и до...
14.08.22 12:03
0
1
Новая вакцина от болезни Лайма вступает в 3 фазу испытаний

Новая вакцина от болезни Лайма вступает в 3 фазу испытаний

Новая вакцина от болезни Лайма вот-вот вступит в завершающую фазу испытаний на людях. Если все пойдет хорошо, она может быть доступна к 2025 году, что сделает ее первой вакциной от болезни Лайма, появившейся на рынке почти за четверть века.

В клиническом испытании Фазы 3 планируется задействовать не менее 6000 участников на 50 участках по всему миру. Вакцина требует 3 доз, каждая из которых вводится с интервалом примерно в два месяца, с повторной ревакцинацией через год после первоначального протокола. Новая вакцина VLA15 нацелена на внешний поверхностный белок А (OspA) бактерий, вызывающих болезнь Лайма. Испытываемый состав являетс...
12.08.22 09:06
0
1
Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Получение кислорода с помощью магнитов может помочь астронавтам дышать

Международной группой ученых был предложен потенциально лучший способ получения кислорода для астронавтов в космосе с использованием магнетизма.

Вывод сделан на основании нового исследования магнитного разделения фаз в условиях микрогравитации, опубликованного в журнале npj Microgravity исследователями из Уорикского университета Великобритании, Университета Колорадо в Боулдере и Свободного университета Берлина в Германии.Поддержание дыхания астронавтов на борту Международной космической станции и других космических аппаратов — сложный и до...
14.08.22 12:03
0
1
Сталкивающиеся галактики ослепляют на снимке Gemini North

Сталкивающиеся галактики ослепляют на снимке Gemini North

Новое впечатляющее изображение, полученное телескопом Gemini North на Гавайях, показывает пару взаимодействующих спиральных галактик NGC 4568 и NGC 4567 в момент начала их столкновения и слияния.

Эти галактики спутались взаимным гравитационным полем и примерно через 500 миллионов лет объединятся в единую эллиптическую галактику. Также на изображении видны светящиеся остатки сверхновой, обнаруженной в 2020 году.Gemini North, один из телескопов-близнецов Международной обсерватории Джемини, управляемой NOIRLab NSF, наблюдал начальные стадии космического столкновения примерно в 60 миллионах св...
11.08.22 07:46
0
0
Обнаружен новый слабый, далекий и холодный коричневый карлик

Обнаружен новый слабый, далекий и холодный коричневый карлик

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) международная группа астрономов обнаружила слабый, далекий и холодный коричневый карлик. Объект, получивший обозначение GLASS-JWST-BD1, оказался примерно в 31 раз массивнее Юпитера.

Коричневые карлики являются промежуточными объектами между планетами и звездами. Астрономы в целом согласны с тем, что это субзвездные объекты, занимающие диапазон масс от 13 до 80 масс Юпитера. Один подкласс коричневых карликов (с эффективной температурой от 500 до 1500 К) известен как Т-карлики и представляет собой самые холодные и наименее яркие из обнаруженных до сих пор подзвездных объектов. ...
10.08.22 10:25
0
3
Никаких следов ореолов темной материи

Никаких следов ореолов темной материи

Согласно стандартной космологической модели, подавляющее большинство галактик окружено ореолом из частиц темной материи. Это гало невидимо, но его масса оказывает сильное гравитационное притяжение на соседние галактики. Новое исследование ставит под сомнение этот взгляд на Вселенную.

Результаты показывают, что карликовые галактики второго ближайшего к Земле скопления галактик, скопления Печи, не содержат ореолов темной материи. Исследование, проведенное Боннским университетом (Германия) и Университетом Сент-Эндрюс (Шотландия), появилось в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.Карликовые галактики — это маленькие, слабые галактики, которые обычно можно найти...
07.08.22 13:57
1