Una nueva base de datos de listados de rayas moleculares revela la composición atmosférica de planetas extrasolares
Finalizado en abril de 2015, el proyecto EXOMOL (ExoMol: molecular line lists for exoplanet atmospheres) utilizó una combinación de principios iniciales y métodos de la mecánica cuántica ajustados empíricamente para proporcionar listados exhaustivos de las rayas de transición de moléculas presentes en atmósferas calientes. La inmensa base de datos, válida para calcular hasta cien mil millones de transiciones, contribuirá a mejorar la simulación y la caracterización espectral, además de constituir una aportación a los modelos atmosféricos de los planetas extrasolares, las enanas marrones, las estrellas frías y otros modelos, incluidos los de combustión y las manchas solares. El profesor Jonathan Tennyson, coordinador de este proyecto en representación del University College de Londres, destaca la gran utilidad de esta herramienta para deducir la composición química, la temperatura y otras características fundamentales de los objetos que la comunidad científica aspira a caracterizar gracias a una nueva generación de telescopios. ¿Por qué resulta útil para la comunidad científica disponer de listados completos de las rayas moleculares presentes en las atmósferas calientes? La absorción y la emisión de luz por parte de las moléculas se complican a medida que varía la temperatura, por lo que para modelar la manera en la que la luz atraviesa una atmósfera caliente, por ejemplo la de una estrella «fría», una enana marrón o un planeta extrasolar, se necesitan cantidades enormes de datos: tal vez varios cientos de miles de rayas para una única molécula. El proyecto EXOMOL ha ofrecido listas exhaustivas de rayas de las moléculas esenciales para estos estudios. ¿En qué medida contribuirá su trabajo a la efectividad de los nuevos telescopios financiados con fondos europeos? Estas listas de rayas, esenciales para interpretar las observaciones astronómicas de cuerpos calientes, proporcionan la base que permite extrapolar información a partir de dichas observaciones y, además, son importantes para generar modelos de dichos cuerpos. ¿Cómo consiguieron crear estas listas? Nuestro enfoque es básicamente teórico. Intentamos desarrollar un modelo de mecánica cuántica completo para determinar la manera en que cada molécula absorbe luz. Sin embargo, en el caso de algunas partes, concretamente las longitudes de onda precisas, es muy difícil acertar mediante la resolución de las ecuaciones de mecánica cuántica; son demasiado complejas para hacerlas con la precisión necesaria. Por tanto, utilizamos todos los datos de laboratorio a nuestra disposición para mejorar el modelo. Muchos de los cálculos son extremadamente laboriosos, por lo que se necesitan ordenadores muy grandes y muchísimo tiempo de computación. ¿Cómo pueden los científicos interesados beneficiarse de su trabajo? Los datos están disponibles en nuestra página web. Además, actualmente estamos trabajando con varios grupos para intentar ofrecer listados de rayas en formatos más fáciles de gestionar. Como puede imaginarse, procesar modelos complejos con cientos de miles de rayas es complicado, por lo que intentamos convertir nuestros resultados a formatos más adecuados para los modelos. Más concretamente, ¿puede darme un ejemplo de alguna situación en la que EXOMOL facilitará el trabajo de la comunidad científica? Seguramente el mejor ejemplo es nuestro resultado relativo al metano. Hemos creado el primer listado completo de rayas relativas al metano, con diez mil millones de rayas, aunque todavía está incompleto puesto que no se ha incluido unas variables de gran interés: las temperaturas más elevadas. La utilización de este listado de rayas en modelos dio lugar a uno totalmente cuantitativo de las enanas T, estrellas frías fallidas también conocidas como estrellas de metano. Los modelos que abordaron este ejercicio en el pasado fracasaron totalmente. Además, recientemente hemos estado involucrados en el primer estudio de la atmósfera de un planeta extrasolar «súper-tierra». La utilización de nuestras listas de rayas demostró que la única molécula con una firma clara era el cianuro de hidrógeno. No me gustaría visitar un planeta en el que predomine ese compuesto químico. El proyecto concluyó el mes pasado, pero ¿piensan continuar con el desarrollo de su base de datos? Por supuesto. Hemos recibido financiación del STFC (consejo científico del Reino Unido que financia la investigación astronómica) para prolongar los trabajos y aún tenemos varios proyectos en marcha. Debería añadir que, aunque la motivación y la selección de las moléculas se orientaron en gran medida a la astronomía, nuestros listados de rayas se utilizan ampliamente en otras disciplinas. Curiosamente, soy uno de los ingenieros más citados del University College de Londres. También tenemos un par de proyectos financiados por personas interesadas en el estudio de las emisiones de gases calientes de las chimeneas, un entorno sorprendentemente parecido al de los planetas extrasolares que estamos estudiando. EXOMOL Financiado con arreglo a FP7-IDEAS-ERC Página web del proyecto Página del proyecto en CORDIS
Países
Reino Unido