![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
На основе неэмпирических электронных расчетов высокого уровня, сравнительного анализа и статистической обработки имеющихся в литературе экспериментальных (лабораторных и астрономических) данных планируется провести прецизионное квантово-механическое моделирование спектральных и радиационных характеристик ряда астрохимически важных двухатомных молекул (прежде всего, ArH+ и СO) в широком интервале их электронно-колебательно-вращательного возбуждения и диапазоне исследуемых температур. Научная идея исследования состоит в систематическом и последовательном учете влияния неадиабатических внутримолекулярных взаимодействий на энергетические и радиационные свойства изолированной молекулы, а также ее столкновительную (state-by-state) динамику в локально неравновесных термодинамических условиях. Конечная цель проекта - разработка прототипа «компьютерного спектрометра», способного моделировать спектры исследуемых астрономических объектов на экспериментальном (спектроскопическом) уровне точности. Полученные для катиона ArH+ спектральные и радиационные данные необходимы для моделирования процессов диффузии в межзвездной среде и оценки скорости ионизации ее атомарных компонентов космическими лучами. В результате выполнения проекта будут определены ровибронные переходы изотопологов молекулы ArH+, которые наиболее чувствительны к возможной вариации параметра тонкой структуры и отношения массы электрона к массе протона в космологическом масштабе времени.
Rigorous quantum-mechanic models are developed to simulate the spectral and radiative properties for some astronomically important diatomic molecules (among them ArH+, and CO) in a wide range of rovibronic excitation and environmental temperature variation. These models are based on high-level first principle electronic structure calculations combined with comparative analysis and least squares fitting of the available spectroscopic (both laboratory and astronomical) data. The basic conception of the project is to take into account explicitly the dominated intramolecular non-adiabatic perturbations (such as the spin-orbit coupling effect) for the energy and radiative properties of the isolated molecule as well as for the state-by-state depopulation analysis under non-equilibrium thermodynamic conditions. The eventual aim of the project is a prototype of the «computational spectrometer» which will be able to represent astronomical molecular spectra with the experimental accuracy. The spectral and radiative properties predicted for the cation ArH+ are needed for modeling a diffusion of the interstellar medium and the atomic ionization induced by a cosmic radiation. The few high «red-shifted» rovibrational lines of ArH+ molecules observed in the absorption quasar spectra are found to be the most sensitive ones for a possible variation of the fine structure constant and electron mass to proton mass ratio in the cosmological timescale
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Моделирование оптических и радиационных свойств астрохимически важных двухатомных молекул на спектроскопическом (экспериментальном) уровне точности |
Результаты этапа: Квантово-химическими методами высокого уровня рассчитаны Борн-Оппенгеймеровская кривая потенциальной энергии, скалярная релятивисткая попрака, диагональная адиабатическая коррекция и функция собсвенного дипольного момента для основного электронного состояния астрономически важного катиона ArH+. Полученные структурные параметры были использованы для оценки энергетическик и радиационных свойств изтопомеров молекулы ArH+ в широком интервале ее колебательно-вращательного возбуждения. | ||
2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Моделирование оптических и радиационных свойств астрохимически важных двухатомных молекул на спектроскопическом (экспериментальном) уровне точности |
Результаты этапа: 1. За отчетный период были изучены транспортные свойства системы протон – атом аргона с использованием формализма Чепмена-Энскога. В рамках указанной теории были рассчитаны классические интегралы столкновений в широком интервале кинетических температур от 100 до 10000 К с помощью асимптотически корректного аналитического приближения для адиабатического потенциала, полученного ранее для основного электронного состояния катиона ArH+ (Terashkevich V.A., Pazyuk E.A., Stolyarov A.V., Wiebe D.S. doi: 10.1016/j.jqsrt.2019.06.017). Расчет интегралов столкновения проведен с использованием программы MASTER (Taylor, W.L. 1979 Algorithms and FORTRAN programs to calculate classical collision integrals for realistic intermolecular potentials). Полученные интегралы были использованы для оценки теплофизических свойств указанной системы, а именно: были рассчитаны коэффициент диффузии, вязкость и тепловая проводимость. Кроме того, имеющиеся данные позволили оценить константу скорости ассоциации атома аргона с протоном в том же температурном интервале. Для оценки адекватности полученной константы скорости бинарных столкновений была также рассчитана независящая от температуры скорость реакции по теории Ланжевена. Данные альтернативные оценки продемонстрировали хорошее согласие друг с другом. 2. Проведены исследования фотолиза молекул OH, LiO, NaO, KO, HCl, LiCl, NaCl, KCl, HF, LiF, NaF и KF квантово-химическими методами. Получены сечения фотолиза исследуемых соединений в зависимости от длины волны фотонов, время жизни фотолиза, а также распределение по скоростям атомов щелочных металлов, образующихся при фотолизе рассматриваемых двухатомных молекул. Времена жизни относительно фотолиза в поле излучения спокойного Солнца на расстоянии 1 астрономической единицы от Солнца оценены как 2.0*105, 28, 5, 14, 2.1*105, 225, 42, 52, 2*106, 35400, 486 и 30400 с for OH, LiO, NaO, KO, HCl, LiCl, NaCl, KCl, HF, LiF, NaF и KF, соответственно. Для хорошо изученных молекул OH, HCl и HF проведено сравнение полученных времен жизни фотолиза с результатами расчетов и экспериментов других авторов. Проведенное сравнение позволило установить, что точность оценки времен фотолиза для данных двухатомных молекул порядка фактора 2. Результаты проведенных расчетов могут использоваться при моделировании поведения атомов щелочных металлов, водорода, кислорода, фтора и хлора в экзосферах Луны, Меркурия и галилеевых спутников Юпитера. 3. Численный расчет энергий и времен жизни квазистационарных состояний двухатомных систем является достаточно сложной задачей, особенно в многоканальном случае. Это связано со сложностью учета краевого условия для волновой функции квазидискретного уровня, которая, при больших межъядерных расстояниях должна вести себя как расходящаяся сферическая волна. Основным подходом к численному решению уравнения Шредингера для квазистационарных состояний является использование метода комплексного масштабирования (exterior complex scalling method), в котором комплексное преобразование радиальной координаты приводит к уравнению со стандартными нулевыми краевыми условиями. При этом, как правило, используется преобразование имеющее разрыв первой производной в точке выхода в комплексную плоскость, что приводит к уравнению имеющему особенность, что является препятствием к использованию многих стандартных методов численного решения краевых задач. Нами предложено использовать комбинацию из двух преобразований, первое из которых приводит к уравнению с нулевыми краевым условиями и, при этом, не имеет разрывов производных, а второе преобразовывает область интегрирования из бесконечной в конечную. Полученное уравнение, эквивалентно исходному, но определено на конечном отрезке, имеет нулевые краевые условия и не имеет особенностей, поэтому к нему может быть применен любой стандартный численный метод решения задач на собственные значения для систем дифференциальных уравнений второго порядка. Написана программа, которая реализует данный подход, позволяющая находить энергии и времена жизни квазистационарных состояний для систем связанных уравнений Шредингера. Для решения преобразованного уравнения программа дает возможность использовать методы конечных разностей, полиномиальной и Sinc коллокации. Программа позволяет в рамках единой процедуры находить как стационарные, так и квазистационарные уровни энергии, что позволяет использовать её при итерационном решении обратной спектроскопической задачи. Программа протестирована на одноканальных и многоканальных задачах, описанных в литературе. | ||
3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Моделирование оптических и радиационных свойств астрохимически важных двухатомных молекул на спектроскопическом (экспериментальном) уровне точности |
Результаты этапа: Разработаны и апробированы неадиабатические модели описания оптических и радиационных свойств ряда астрофизически значимых двухатомных молекул на экспериментальном уровне точности. Проведено теоретичиское исследование механизма фотолиза двухатомных молекул OH, LiO, NaO, KO, HCl, LiCl, NaCl, KCl, HF, LiF, NaF и KF высоко точными методами современной квантовой химии. Рассчитаны сечения поглощения исследуемых соединений в зависимости от длины волны поглощенных фотонов, времена жизни фотолиза, а также распределение по скоростям атомов щелочных металлов, образующихся при фотодиссоциации рассматриваемых двухатомных молекул. Квантовохимическими неэмпирическими методами высокого уровня рассчитаны Борн-Оппенгеймеровская кривая потенциальной энергии, скалярная релятивисткая поправка, диагональная адиабатическая коррекция и функция собственного дипольного момента для основного электронного состояния катиона ArH+ в широком интервале межъядерных расстояний. Полученный высокоточный потенциал был использован для расчета классических интегралов столкновений и, в конечном итоге, для оценки теплофизических свойств системы аргон – протон в интервале температур от 1000 до 10000 К в рамках теории Чепмена - Энскога. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".