Matematiniai skaičiavimai padės geriau suprasti kosminę chemiją

Žurnalo „Science“ gegužės 1 d. numeryje mokslininkų komanda iš Delavaro universiteto paskelbė savo tyrimų rezultatus. Šie rezultatai padės astronomams geriau išanalizuoti kosmose esančius didžiulius dujų ir molekulių debesis, iš kurių „gimsta“ žvaigždės.

Delavaro universiteto fizikos ir astronomijos profesorius Krzysztofas Szalewiczas vadovavo tyrimų projektui. Jis kartu su komanda išsprendė kvantinės mechanikos lygtis, kurios tiksliau nusako vandenilio ir anglies monoksido, ypač paplitusių kosmose molekulių, tarpusavio sąveiką. Šie skaičiavimai labai svarbūs spektroskopijai.

Astrofizikoje spektrometrai fiksuoja kosminių objektų skleidžiamus matomuosius, infraraudonuosius ir mikrobangų spindulius. Šie matavimai leidžia aptikti kosmose įvairius cheminius elementus, įvertinti jų kiekį, temperatūrą ir tankį.

Nors anglies monoksidas yra lengvai aptinkamas spektrometrais, bet kyla sunkumų nustatant vandenilį, kuris yra labiausiai paplitęs cheminis elementas kosmose. Vandenilio sugeriamas ir skleidžiamas šviesos spektras yra labai silpnas stebimo spektro ruože, todėl mokslininkai, ar yra vandenilio, sprendžia pagal jo silpną sąveiką su anglies monoksido molekulėmis, esančiomis tarpžvaigždinėje erdvėje.

Szalewiczas kartu su bendraautoriais Piotru Jankowskiu, A. Robertu ir W. McKellaru apžvelgė vandenilio ir anglies monoksido spektrą. Pirmą kartą šį spektrą apskaičiavo Szalewiczas ir Jankowskis prieš 14 metų. Šį kartą mokslininkai aiškinosi, kaip elektronai juda aplink branduolį, naudodami sudarytą matematinį modelį. Buvo sužadinama iki keturių elektronų vienu metu ir apskaičiuojama branduolio vibracijų ir sukimosi energija. Gautos reikšmės panaudotos teoriniam spektrui sudaryti ir palyginti su išmatuotuoju.

Komandos atlikti teorinio spektro skaičiavimai buvo 100 kartų tikslesni už tuos, kurie buvo apskaičiuoti prieš 14 metų. Dabar teorinis ir eksperimentinis spektrai beveik visiškai sutapo, todėl galima matuojamojo spektro savybes susieti su molekulių branduolių judesiais. Įgytos teorinės ir eksperimentinės žinios gali būti panaudotos observatorijų gautiems duomenims analizuoti ir šiam konkrečiam spektrui aptikti. Šios žinios iš netiesioginių matavimų padės gauti naudingos informacijos apie vandenilio molekules.

Spektroskopija tiksliausiai atskleidžia tiriamos materijos savybes, todėl mokslininkas labai patenkintas, kad jo skaičiavimai padės išnarplioti sudėtingas problemas.