.Editors' notes Using high-precision quantum chemistry to study super-efficient energy transfer in photosynthesis
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.Editors' notes Using high-precision quantum chemistry to study super-efficient energy transfer in photosynthesis
고정밀 양자 화학을 사용하여 광합성에서 초효율 에너지 전달 연구
루트비히 막시밀리안 뮌헨 대학교 크레딧: 뮌헨의 루드비히 막시밀리안 대학교 MARCH 24, 2023
-광합성은 지구상의 모든 생명체를 움직입니다. 햇빛을 이용하여 이산화탄소와 물을 에너지가 풍부한 설탕과 산소로 전환하려면 복잡한 과정이 필요합니다. 이러한 프로세스는 두 가지 단백질 복합체인 광시스템 I과 II에 의해 구동됩니다. 광시스템 I에서 햇빛은 거의 100% 효율로 사용됩니다. 여기에서 288개의 엽록소로 구성된 복잡한 네트워크가 결정적인 역할을 합니다.
-LMU 화학자 Regina de Vivie-Riedle이 이끄는 팀은 이제 고정밀 양자 화학 계산의 도움으로 이러한 엽록소를 특성화했습니다. 이는 이 시스템에서 에너지 전달에 대한 포괄적인 이해를 향한 중요한 이정표입니다. 이 발견은 미래에 인공 시스템에서 효율성을 활용하는 데 도움이 될 수 있습니다. 광 시스템 I 의 엽록소는 안테나 복합체에서 햇빛을 포착하고 에너지를 반응 센터로 전달합니다. 그곳에서 태양 에너지는 산화 환원 과정, 즉 전자가 전달되는 화학적 과정을 유발하는 데 사용됩니다.
-광계 I의 양자 수율은 거의 100%이며, 이는 거의 모든 흡수된 광자가 반응 중심에서 산화환원 현상을 일으킨다는 것을 의미합니다. 자연 조건에서의 시뮬레이션 "광계 내부의 복잡한 에너지 전달이 수십 년 동안 연구되었지만 정확한 메커니즘에 대한 합의는 오늘날까지 없습니다."라고 de Vivie-Riedle은 말합니다. 더 깊은 통찰력을 얻기 위해 연구자들은 지질막에 내장된 광시스템 I 모델에서 모든 엽록소의 광 여기를 시뮬레이션했습니다. 전자 여기를 계산하기 위해 매우 정확한 다중 참조 방법이 사용되었습니다. 이전 연구와 비교하여 이 접근 방식을 사용하면 최첨단 방법론을 기반으로 광 시스템 I을 설명할 수 있습니다.
복잡한 계산은 라이프니츠 슈퍼컴퓨팅 센터의 슈퍼컴퓨터에 의해 가능해졌습니다. 화학 과학 저널의 표지에 실린 연구 결과는 주변 정전기 효과로 인해 이웃보다 약간 낮은 에너지에서 빛을 흡수하는 소위 "적색 엽록소"를 보여줍니다. 결과적으로 흡수 스펙트럼이 적색 편이됩니다. 유사하게 연구원들은 다른 장소들 중에서 안테나 복합체와 반응 센터 사이의 에너지 장벽도 확인했습니다. "안테나 복합체에서 반응 센터로 에너지가 전달되는 명확한 구배가 없기 때문에 이것은 언뜻 보기에 놀라운 것처럼 보입니다."라고 주저자인 Sebastian Reiter는 설명합니다. 변동은 에너지 장벽을 극복합니다. 그러나 생리적 조건 하에서 전체 광계 I은 엽록소의 상대 에너지가 서로에 대해 변하기 때문에 이러한 에너지 장벽을 극복하는 열 변동에 영향을 받습니다.
이런 식으로 반응 센터로 들어가는 새로운 경로는 계속해서 열리고 다른 경로는 닫힐 수 있습니다. 저자의 핵심 논문에 따르면 이것은 광 시스템 I의 고효율에 대한 열쇠가 될 수 있습니다. "이러한 프로세스의 원자적 시뮬레이션을 통해 자연 환경에서 시스템과 역학을 미시적으로 이해할 수 있으며 실험적 접근 방식을 보완할 수 있습니다. 클러스터의 목표 중 하나는 언젠가 천연 광촉매의 효율성을 에너지 운반체로서의 수소 생산 또는 일산화탄소를 연료로 전환하는 것과 같은 응용 분야를 위한 인공 나노-바이오 하이브리드 시스템으로 이전하는 것입니다. 이를 위해서는 에너지 전달 메커니즘에 대한 더 나은 이해가 필요합니다. 광계 I에 대한 결과로 과학자들은 이제 이 목표를 실현하기 위한 중요한 단계를 밟았습니다.
추가 정보: Sebastian Reiter 외, 광시스템 I의 열 사이트 에너지 변동: MD/QM/MM 계산의 새로운 통찰력, 화학 과학 (2023). DOI: 10.1039/D2SC06160K 저널 정보: 화학 과학 루트비히 막시밀리안 대학교 뮌헨 제공
https://phys.org/news/2023-03-high-precision-quantum-chemistry-super-efficient-energy.html
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메모 2303250531 나의 사고실험 oms스토리텔링
광합성의 수율 100퍼센트는 샘플링 oms.yield 에서 온다. 그리고는 vix와 smola의 광자의 분포를 가진다. 이것이 햇빛을 이용하여 이산화탄소와 물을 에너지가 풍부한 설탕과 산소로 전환하려면 복잡한 과정이 만든다.
이러한 프로세스는 두 가지 단백질 복합체인 광시스템 I과 II에 의해 구동됩니다. 광시스템 I에서 햇빛은 거의 100% 효율로 사용됩니다. 여기에서 288개의 엽록소로 구성된 복잡한 네트워크가 결정적인 역할을 한다. 허허.
- Photosynthesis drives all life on Earth. Using sunlight to convert carbon dioxide and water into energy-rich sugar and oxygen requires a complex process. These processes are driven by two protein complexes, Photosystem I and II. In photosystem I, sunlight is used with nearly 100% efficiency. A complex network of 288 chlorophylls plays a crucial role here.
- A team led by LMU chemist Regina de Vivie-Riedle has now characterized these chlorophylls with the help of high-precision quantum chemical calculations. This is an important milestone towards a comprehensive understanding of energy transfer in this system. This discovery may help exploit its efficiencies in artificial systems in the future. Chlorophyll of photosystem I captures sunlight in the antenna complex and transfers the energy to the reaction center. There, solar energy is used to trigger a redox process, a chemical process in which electrons are transferred.
-The quantum yield of photosystem I is almost 100%, which means that almost all absorbed photons cause redox events in the reaction center. Simulations under natural conditions "The complex energy transport inside photosystems has been studied for decades, but there is no consensus about the exact mechanism to this day," says de Vivie-Riedle. To gain further insight, the researchers simulated the photoexcitation of all chlorophylls in a photosystem I model embedded in a lipid membrane. A highly accurate multi-referencing method was used to calculate the electronic excitation. Compared to previous studies, this approach allows the description of Optical System I based on state-of-the-art methodologies.
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memo 2303250531 my thought experiment oms storytelling
100% of photosynthetic yield comes from sampling oms.yield. Then we have the distribution of photons in vix and smola. It creates a complex process to use sunlight to convert carbon dioxide and water into energy-rich sugar and oxygen.
These processes are driven by two protein complexes, Photosystem I and II. In photosystem I, sunlight is used with nearly 100% efficiency. A complex network of 288 chlorophylls plays a crucial role here. haha.
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.Editors' notes Astronomers discover helium-burning white dwarf
천문학 자들은 헬륨 연소 백색 왜성을 발견
본 대학교 매우 부드러운 X선 소스에 대한 아티스트의 인상: 백색왜성 주변의 강착원반은 주로 헬륨으로 만들어집니다. 크레딧: F. Bodensteiner/배경 이미지 ESO 24, 2023
-백색 왜성은 질량이 약 1.4 태양 질량의 한계를 초과할 때 초신성으로 폭발할 수 있습니다. 막스 플랑크 외계 물리학 연구소(MPE)가 이끄는 막스 플랑크 연구소(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE)가 이끌고 본 대학교(University of Bonn)가 참여하는 팀은 이제 물질이 동반자로부터 백색 왜성으로 흘러가는 쌍성계를 발견했습니다. 이 시스템은 백색 왜성 표면 근처에서 범람한 가스의 핵융합에서 발생하는 밝은 소위 초연 X선으로 인해 발견되었습니다. 이 소스의 특이한 점은 넘쳐서 타는 수소가 아니라 헬륨 이라는 것입니다. 측정된 광도는 백색 왜성의 질량이 이전에 가능하다고 생각했던 것보다 더 느리게 성장하고 있음을 시사하며, 이는 폭발하는 백색 왜성 으로 인한 초신성 수를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다 . 결과는 Nature 저널에 게재되었습니다 .
폭발하는 백색 왜성은 우주에서 철의 주요 공급원으로 간주될 뿐만 아니라 우주론의 중요한 도구이기도 합니다. 소위 유형 Ia 초신성(SN Ia)으로 불리는 이들은 모두 거의 똑같이 밝아져 천체물리학이 호스트 은하의 거리를 정확하게 결정할 수 있게 합니다. 그러나 수년간의 집중적인 연구에도 불구하고 어떤 상황에서 백색 왜성의 질량이 이른바 찬드라세카르 한계까지 성장할 수 있는지는 불확실합니다. 이것은 1930년 인도계 미국인 천체물리학자이자 노벨상 수상자인 Subrahmanyan Chandrasekhar가 도출한 백색 왜성 질량의 이론적 상한입니다. 1990년대 초, 표면에서 안정적인 수소 연소가 가능한 매우 부드러운 X선 소스가 ROSAT를 사용하여 새로운 종류의 개체로 설정되었으며 한동안 이러한 소스는 SN Ia 전구체의 잠재적 후보로 간주되었습니다. 그러나 이러한 소스의 문제는 수소가 풍부하다는 것입니다.
유형 Ia 초신성은 수소의 흔적을 보여주지 않습니다. 30년 이상 동안 백색 왜성이 표면에서 안정적으로 헬륨을 축적하고 연소시키는 이중 별 시스템이 예측되었지만 이러한 소스는 관찰된 적이 없습니다. Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE)가 이끄는 국제 팀은 이제 광학 스펙트럼이 헬륨에 의해 완전히 지배되는 X선 소스를 발견했습니다. "매우 부드러운 X선 소스 [HP99] 159는 ROSAT에서 처음 관찰된 1990년대부터 알려져 왔으며, 최근에는 XMM-Newton에서 그리고 지금은 eROSITA에서 관찰되었습니다."라고 분석을 이끄는 Jochen Greiner는 설명합니다. MPE의 출처. "이제 우리는 그것을 대마젤란은하의 광원으로 식별할 수 있었습니다. 그 스펙트럼에서 우리는 강착원반 에서 발생하는 주로 헬륨 방출선을 발견했습니다 ." 그러나 이것은 SN Ia 전구체의 문제를 해결하지 못합니다.
이론적 모델은 동반성 헬륨 물질의 약 2-5%가 SN Ia 폭발에 의해 주변 환경으로 방출될 것이라고 예측합니다. 그러나 이 정도 양의 헬륨은 지금까지 관측된 대부분의 초신성 Ia에서 발견되지 않았습니다. 그러나 더 작은 광도를 가진 하위 클래스인 SN Iax가 있는데, 이 클래스에서는 폭발이 더 약해서 날아가는 헬륨이 더 적습니다.
현재 발견된 시스템 [HP99] 159는 현재의 지식에 따르면 그러한 SN Iax로 끝날 수 있는데, 여기서의 측정은 이론적으로 예측된 것보다 더 낮은 강착률에서도 백색 왜성에서 지속적인 헬륨 연소가 가능함을 나타내기 때문입니다. [HP99] 159의 측정된 광도는 정규 속도에서 예상되는 것보다 약 10배 작으며 동시에 측정된 X선 온도는 안정적인 헬륨 연소를 위한 예상 범위에 정확히 있습니다.
"관측된 X선 밝기는 백색 왜성에 유입되는 헬륨의 연소가 빠른 회전에 의해 안정화되어 시스템의 최종 초신성 폭발 가능성이 있음을 시사합니다."라고 Argelander 천문학 연구소의 Norbert Langer 박사는 말합니다.
그는 본 대학의 Matter Transdisciplinary Research Area의 구성원이기도 합니다. 이전 측정에 따르면 광도는 약 50년 동안 동일하게 유지되었으므로 폭발로 이어지는 광범위한 강착 속도가 가능해야 합니다. "[HP99] 159에서 발견되는 동반성과 같이 수소 외피가 없는 별은 그러한 시스템의 약 30%에서 발생해야 하는 쌍성의 수명 주기에서 중요한 중간 단계입니다."라고 ESO의 Julia Bodensteiner는 말합니다 . MPE에서 석사 논문을 낸 이후로 거대한 별을 연구해 왔습니다. "그런 별이 많이 있어야 하지만 지금까지 관찰된 별은 몇 개에 불과합니다." 팀은 이제 eROSITA를 사용하여 두 개의 Magellanic Clouds에서 수십 개의 유사한 소스를 찾기를 희망합니다. 이를 통해 SN Ia 전구체에 대한 조건을 추가로 제한할 수 있습니다.
추가 정보: J. Greiner et al, A 헬륨 연소 백색 왜성 쌍성 as a supersoft X-ray source, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05714-4 저널 정보: Nature 본 대학교 제공
https://phys.org/news/2023-03-astronomers-helium-burning-white-dwarf.html
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메모 2303251746 나의 사고실험 oms 스토리텔링
원자의 번호순으로 샘플링 vix.oms=1을 수소로 정하면 vix.oms=2는 헬륨이고 수소보다 무겁다. 수소.oms.1 외피가 없는 백색왜성에 좀더 무거워진 샘플링 2vix.qoms=2 헬륨 대기가 초신성 폭발을 유도할 수 있다. 허허.
빅뱅사건은 샘플링 oss.white base의 초기값 설정 사건이다.
샘플링 oms 외피층이 폭발한 수퍼초신성급 사건이다. 그리고 빅뱅직후의 2차폭발은 샘플링 qoms의 외피층이 폭발한 준수퍼 초신성급 사건이다. 허허.
"Stars without hydrogen envelopes, such as the companions found in [HP99] 159, are important intermediate stages in the lifecycle of binary stars, which should occur in about 30% of such systems," says ESO's Julia Bodensteiner. Since she gave her master's thesis at MPE, she has been studying massive stars. She said, "There must be many such stars, but only a few have been observed so far." The team now hopes to use eROSITA to find dozens of similar sources in the two Magellanic Clouds. This allows us to further restrict the conditions for SN Ia precursors.
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memo 2303251746 my thought experiment oms storytelling
Sampling by atomic number order If vix.oms=1 is hydrogen, then vix.oms=2 is helium, which is heavier than hydrogen. Hydrogen.oms.1 Sampling a more massive white dwarf without an envelope 2vix.qoms=2 A helium atmosphere could induce a supernova explosion. haha.
The big bang event is an event that sets the initial value of sampling oss.white base.
Sampling oms A supernova event in which the envelope exploded. And the secondary explosion right after the Big Bang is a supernova event in which the outer layer of the sampling qoms exploded. haha.
sample a.oms (standard)
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samplec.oss (standard)
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