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Neue Datenbank mit molekularen Übergangslinien entschlüsselt die Atmosphäre von Exoplaneten

Wissenschaftler konnten inzwischen zahlreiche Exoplaneten aufspüren. Der nächste Schritt – und möglicherweise der interessanteste – besteht nun darin, die erdähnlichen Planeten unter diesen Himmelskörpern zu bestimmen. Für diese Aufgabe sind große Mengen spektroskopischer Daten erforderlich, die nun im Rahmen des Projekts EXOMOL in einer einzigen Datenbank zusammengefasst wurden.
Neue Datenbank mit molekularen Übergangslinien entschlüsselt die Atmosphäre von Exoplaneten
Im Projekt EXOMOL (ExoMol: molecular line lists for exoplanet atmospheres), das im April 2016 abgeschlossen wurde, wurden Grundprinzipien und empirisch abgestimmte quantenmechanische Verfahren kombiniert, um umfassende Listen für Übergangslinien von Molekülen zu erstellen, die sich in heißen Atmosphären finden.

Die riesige Datenbank, mit der über 100 Milliarden Übergänge berechnet werden können, wird zur spektralen Charakterisierung und Simulation beitragen, jedoch auch Daten für Atmosphärenmodelle für Exoplaneten, Braune Zwerge, Methanzwerge und andere Modelle wie für Sonnenaktivität und Sonnenflecken liefern.

Prof. Jonathan Tennyson, der das Projekt für das University College London koordinierte, erklärt, warum dieses Instrument von unschätzbarem Wert für die Ableitung der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und anderer grundlegender Eigenschaften der Objekte sein wird, welche die wissenschaftliche Gemeinschaft nun mithilfe einer neuen Generation von Teleskopen charakterisieren möchte.

Warum sind diese umfassenden Listen zu den Übergangslinien von Molekülen in heißen Atmosphären für die wissenschaftliche Gemeinschaft so wichtig?

Die Art und Weise, auf die Moleküle Licht absorbieren und wieder emittieren wird mit steigender Temperatur zunehmend kompliziert. Es sind also gewaltige Datenmengen notwendig, um zu modellieren, wie sich Licht durch die heiße Atmosphäre eines Methanzwergs, Braunen Zwergs oder Exoplaneten bewegt – möglicherweise mehrere Milliarden Linien für ein einziges Molekül. Die EXOMOL-Forscher stellten umfassende Linienlisten für die Moleküle bereit, die für diese Studien am wichtigsten sind.

Wie möchten Sie zur Forschungsarbeit mit EU-finanzierten Teleskopen beitragen?

Diese Linienlisten sind entscheidend, um astronomische Beobachtungen heißer Körper zu interpretieren. Sie schaffen erst die Basis, um Daten aus diesen Beobachtungen extrapolieren zu können. Auch für die Erstellung von Modellen der untersuchten Himmelskörper sind sie von Bedeutung.

Wie haben Sie diese Listen erstellt?

Unser Ansatz ist im Grunde theoretisch. Wir versuchen, ein vollständiges quantenmechanisches Modell für die Lichtabsorption jedes Moleküls zu erstellen. Einige Aspekte, insbesondere die exakten Wellenlängen, werden durch Lösung quantenmechanischer Gleichungen ermittelt, was jedoch sehr schwierig ist. Sie sind einfach zu kompliziert, um sie genau genug zu lösen. Deshalb nutzen wir alle Labordaten, die verfügbar sind, um das Modell zu verbessern. Einige der Berechnungen sind so umfangreich, dass sie äußerst leistungsfähige Computer und sehr viel Berechnungszeit erfordern.

Wie können interessierte Wissenschaftler von Ihrer Arbeit profitieren?

Wir stellen die Daten auf unsere Website und arbeiten auch mit einigen Gruppen zusammen, um die Linienlisten in übersichtlicheren Dokumenten bereitzustellen. Sie können sich vorstellen, was es für eine Herausforderung ist, komplexe Modelle mit Milliarden Linien auszuführen. Daher konvertieren wir unsere Ergebnisse in Dokumente, die besser für Modelle einsetzbar sind.

Können Sie ein Beispiel dafür nennen, wie EXOMOL die Arbeit von Forschern erleichtern könnte?

Das beste Beispiel ist wahrscheinlich unser Ergebnis für Methan. Die erste umfassende Linienliste erstellten wir für Methan – sie enthält 10 Milliarden Linien, jedoch ist sie für die hohen Temperaturen, die für Forschungszwecke besonders interessant sind, noch immer nicht vollständig. Mithilfe dieser Linienliste könnte ein volles qualitatives Modell eines T-Zwergs erstellt werden, eines Braunen Zwergs, der nie zu einem Stern wurde und auch als Methanzwerg bezeichnet wird. Dies war mit früheren Modellen nicht möglich.

Vor Kurzem waren wir auch an der ersten Untersuchung der Atmosphäre einer „Supererde“ beteiligt. Unter Anwendung unserer Linienlisten stellte sich heraus, dass das einzige Molekül mit einer klaren Signatur Blausäure war! Diesen Planeten würde ich ungern besuchen.

Das Projekt wurde letzten Monat abgeschlossen. Werden Sie dennoch weiter an ihrer Datenbank arbeiten?

Definitiv. Wir haben bereits weitere Mittel vom STFC (dem britischen Forschungsrat zur Förderung astronomischer Forschung) erhalten, und wir arbeiten derzeit zudem an weiteren Projekten.

Ich möchte anmerken, dass wir die Moleküle vor allem für Anwendungen in der Astronomie ausgewählt haben, unsere Linienlisten aber dennoch auf anderen Gebieten genutzt werden. Tatsächlich bin ich der am häufigsten zitierte Ingenieur vom University College London! Einige unserer Projekte wurden von Personen finanziert, die die Emissionen von heißen Gasen aus Schornsteinen überwachen möchten. Diese Umgebung ist den Exoplaneten, die wir untersuchen, überraschend ähnlich.

EXOMOL
Gefördert unter FP7-IDEAS-ERC
Projektwebsite
CORDIS-Projektseite

Quelle: Interview aus dem Magazin research*eu Ergebnisse, Ausgabe 53, S. 12–13

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  • Vereinigtes Königreich
Datensatznummer: 125624 / Zuletzt geändert am: 2016-06-27
Kategorie: Interviews
Anbieter: ec