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Un nuovo database di elenchi di righe molecolari svela la composizione delle atmosfere degli esopianeti

Dopo aver identificato numerosi esopianeti, il passo successivo – e probabilmente il più entusiasmante – consisterà nella selezione dei pianeti simili alla Terra. Questo studio richiede un’enorme quantità di dati spettroscopici che, si dà il caso, i ricercatori del progetto EXOMOL sono stati in grado di compilare in un unico database.
Un nuovo database di elenchi di righe molecolari svela la composizione delle atmosfere degli esopianeti
Il progetto EXOMOL (ExoMol: molecular line lists for exoplanet atmospheres), completato nell’aprile del 2016, è stato concepito allo scopo di fornire elenchi dettagliati di righe di transizione delle molecole presenti nelle atmosfere calde, grazie all’adozione di metodi combinati basati su modelli dei primi principi e quanto-meccanici ottimizzati dal punto di vista empirico.

L’enorme database, che consente di calcolare fino a 100 miliardi di transizioni, offrirà un importante contributo alla caratterizzazione e alla simulazione spettrali, fungendo altresì da base per i modelli atmosferici degli esopianeti, delle nane brune, delle stelle fredde e di altri modelli, inclusi quelli della combustione e delle macchie solari.

Il prof. Jonathan Tennyson, coordinatore del progetto presso la University College London, spiega in che modo questo strumento consentirà di ottenere preziose informazioni circa la composizione chimica, la temperatura e altre caratteristiche fondamentali di oggetti che la comunità scientifica tenterà di caratterizzare mediante l’utilizzo di una nuova generazione di telescopi.

Perché gli elenchi di righe relativi alle molecole presenti nelle atmosfere calde rappresentano uno strumento prezioso per la comunità scientifica?

Il modo in cui le molecole assorbono ed emettono luce è influenzato in larga misura dalla temperatura. Di conseguenza, lo studio dell’attraversamento di un’atmosfera calda, come ad esempio quella di una stella “fredda”, una nana bruna o un esopianeta, da parte della luce richiede un’enorme quantità di dati e, probabilmente, svariati miliardi di righe per ciascuna molecola. L’iniziativa EXOMOL ha fornito ai ricercatori elenchi dettagliati di righe relativi alle molecole chiave necessarie per questi studi.

In che modo il vostro lavoro contribuirà a potenziare l’efficacia dei nuovi telescopi europei?

Gli elenchi di righe rappresentano un elemento essenziale ai fini dell’interpretazione delle osservazioni astronomiche ricavate dai corpi caldi, in quanto forniscono le basi per una corretta estrapolazione dei dati e consentono inoltre di elaborare modelli dei corpi analizzati.
In che modo siete riusciti a creare questi elenchi?

Il nostro metodo presenta fondamentalmente una natura teorica. Stiamo infatti tentando di creare un modello quanto-meccanico completo relativo all’assorbimento della luce da parte di ciascuna molecola. Tuttavia, il calcolo di alcuni valori (relativi, in particolare, alle specifiche lunghezze d’onda) risulta piuttosto complesso se ci si affida alle equazioni di meccanica quantistica, in quanto questi strumenti sono estremamente difficili da utilizzare per ottenere un livello di precisione soddisfacente. Abbiamo quindi deciso di migliorare il modello utilizzando tutti i dati di laboratorio disponibili. L’elevata complessità di alcuni calcoli richiede non solo molto tempo, ma anche l’utilizzo di computer di grandi dimensioni.

Quali potrebbero essere i vantaggi del vostro lavoro per gli scienziati?

I risultati degli studi sono disponibili sul nostro sito web. Abbiamo inoltre avviato una serie di collaborazioni con numerosi gruppi allo scopo di fornire gli elenchi di righe in formati più facilmente gestibili. Poiché, come è facile immaginare, l’elaborazione di modelli complessi contenenti miliardi di righe rappresenta un compito estremamente arduo, stiamo tentando di convertire i risultati ottenuti in formati ottimizzati per i modelli.

Potrebbe fornire un esempio pratico di come l’iniziativa EXOMOL faciliterà il lavoro della comunità scientifica?

L’esempio migliore è probabilmente quello del metano. Abbiamo creato il primo elenco di righe dettagliato per il metano contenente 10 miliardi di unità nel quale, tuttavia, non sono stati ancora inseriti i valori relativi alle temperature massime di nostro interesse. Questi elenchi ci hanno consentito di creare per la prima volta in assoluto un modello completamente quantitativo di nane T, vale a dire stelle fredde “fallite”, talvolta indicate con il nome di “stelle di metano”.

Di recente, siamo anche stati coinvolti nel primo studio dell’atmosfera di un esopianeta della super-Terra. I nostri elenchi di righe ci hanno rivelato che l’acido cianidrico rappresenta l’unica molecola dotata di una firma chiara. È un pianeta che non ho alcuna intenzione di visitare!

Il progetto si è concluso il mese scorso. Avete intenzione di continuare a sviluppare il database anche dopo la chiusura dei lavori?

Assolutamente sì. Abbiamo ricevuto una serie di finanziamenti per un progetto di follow-up dall’STFC, il Consiglio di ricerca del Regno Unito che finanzia gli studi in campo astronomico, e siamo impegnati in numerose iniziative tuttora in corso.

Tengo a precisare che, sebbene la scelta delle molecole sia stata dettata principalmente da esigenze di tipo astronomico, i nostri elenchi di righe sono ampiamente utilizzati in altri campi. Non è un caso che io sia l’ingegnere della UCL più citato in assoluto! Stiamo anche lavorando su un paio di progetti finanziati da persone interessate al monitoraggio delle emissioni di gas caldi dalle ciminiere. Questo ambiente è sorprendentemente simile a quello degli esopianeti di cui ci stiamo occupando.

EXOMOL
Finanziato nell’ambito di FP7-IDEAS-ERC
Sito web del progetto
Pagina del progetto su CORDIS

Fonte: Intervista su research*eu rivista dei risultati n. 53 pagg. 12-13

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Numero di registrazione: 125624 / Ultimo aggiornamento: 2016-06-27
Categoria: Interviste
Fonte: ec