Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Nowa baza danych z wykazami linii molekularnych ujawnia tajemnicę składu atmosfer egzoplanet

Teraz kiedy naukowcy zidentyfikowali bardzo dużą liczbę egzoplanet, kolejny krok – prawdopodobnie najbardziej ekscytujący – polegać będzie na zawężeniu listy planet faktycznie podobnych do Ziemi. Wymagać to będzie ogromnej ilości danych spektroskopowych, które akurat partnerzy projektu EXOMOL zgromadzili w jednej bazie danych.
Nowa baza danych z wykazami linii molekularnych ujawnia tajemnicę składu atmosfer egzoplanet
W ramach zakończonego w kwietniu 2016 r. projektu EXOMOL (ExoMol: molecular line lists for exoplanet atmospheres) wykorzystano połączenie pierwszych zasad i empirycznie dostosowanych metod mechaniki kwantowej w celu przygotowania wyczerpujących wykazów linii przejściowych cząstek wykrywanych w atmosferach gorących.

Ogromna baza danych, którą można wykorzystać do obliczenia do 100 miliardów przejść, wpłynie na charakterystykę i symulację widmową, ale posłuży także jako dane wejściowe do modeli atmosferycznych egzoplanet, brązowych karłów, chłodnych gwiazd i innych modeli, między innymi spalania i plam słonecznych.

Prof. Jonathan Tennyson, koordynator projektu z ramienia University College w Londynie, pokazuje, że to narzędzie będzie nieocenione do ustalania składu chemicznego, temperatury i innych podstawowych cech charakterystycznych obiektów, które społeczność naukowa ma nadzieję opisać, dzięki nowej generacji teleskopów.

Z jakich powodów wyczerpujące wykazy linii cząstek wykrytych w gorących atmosferach będą nieocenione dla środowiska naukowego?

Sposób, w jaki cząstki pochłaniają i emitują światło staje się wraz z temperaturą coraz bardziej złożony. A zatem modelowanie drogi światła przechodzącego przez gorącą atmosferę, jaką ma „chłodna” gwiazda, brązowy karzeł czy egzoplaneta, wymaga ogromnych ilości danych, być może nawet kilku miliardów linii dla pojedynczej cząstki. EXOMOL zapewnia wyczerpujące wykazy linii dla kluczowych cząstek wymaganych w ramach tych badań.

W jaki sposób prowadzone prace zwiększą efektywność nowych teleskopów finansowanych ze środków europejskich?

Wykazy linii mają zasadnicze znaczenie dla interpretacji obserwacji astronomicznych gorących obiektów. Służą za podstawę, która pozwala ekstrapolować informacje z tych obserwacji. Są także istotne dla dostarczania modeli obiektów, o których mowa.

W jaki sposób udało wam się przygotować takie wykazy?

Obraliśmy w zasadzie podejście teoretyczne. Staramy się uzupełnić model mechaniki kwantowej o sposób pochłaniania światła przez poszczególne cząstki. Aczkolwiek niektóre elementy (w szczególności precyzyjne długości fal) bardzo trudno odpowiednio oddać rozwiązując równania z mechaniki kwantowej. Są zbyt złożone, aby zrobić to wystarczająco precyzyjnie. Z tego względu wykorzystujemy wszystkie dane laboratoryjne, jakie są do dyspozycji, aby udoskonalić model. Wiele z obliczeń jest ogromnych i dlatego potrzebne są bardzo silne komputery i długi czas obliczeniowy.

W jaki sposób zainteresowani naukowcy mogą skorzystać z waszych prac?

W naszej witrynie zamieszczamy dane i współpracujemy także z wieloma grupami, aby dostarczać wykazy linii w bardziej przystępnych formatach. Można sobie wyobrazić, że obsługa złożonych modeli z miliardami linii jest trudna, dlatego staramy się przekonwertować nasze wyniki na formaty, które są lepiej dostosowane do modeli.

A konkretniej, czy może pan podać przykład sytuacji, w której EXOMOL ułatwi pracę naukowcom?

Najlepszym przykładem jest prawdopodobnie nasz wynik dla metanu. Przygotowaliśmy pierwszy wyczerpujący wykaz dla metanu zawierający 10 miliardów linii – aczkolwiek nadal nie jest kompletny dla najwyższych interesujących temperatur. Zastosowanie tego wykazu linii w modelach zaowocowało w pełni ilościowym modelem karłów typu T, chłodnych, nieudanych gwiazd zwanych czasami gwiazdami metanowymi – to zadanie, z którym całkowicie nie poradziły sobie inne, wcześniejsze modele.

Ostatnio braliśmy także udział w pierwszych badaniach atmosfery egzoplanety typu super-Ziemia. Wykorzystanie naszych wykazów linii pokazało, że jedyną cząstką z wyraźną sygnaturą był cyjanowodór! To nie jest planeta, na którą chciałbym się wybrać.

Prace nad projektem zakończyły się w ubiegłym miesiącu. Czy mimo to planujecie dalsze prace nad rozbudową bazy danych?

Z pewnością. Otrzymaliśmy dalsze dofinansowanie ze środków STFC (brytyjska rada ds. badań naukowych finansująca badania z dziedziny astronomii) i nadal pracujemy nad wieloma bieżącymi projektami.

Powinienem dodać, że chociaż motywy wyboru i selekcja cząstek związane były ściśle z astronomią, nasze wykazy liniowe są powszechnie wykorzystywane w innych dziedzinach. Rzecz raczej ciekawa – jestem najczęściej cytowanym inżynierem z UCL! Zajmujemy się także kilkoma projektami finansowanymi przez osoby zainteresowane monitorowaniem emisji gorących gazów z kominów. To środowisko jest zdumiewająco podobne do panującego na badanych przez nas egzoplanetach.

EXOMOL
Dofinansowanie z 7PR-POMYSŁY-ERBN
witryna projektu
strona projektu w serwisie CORDIS

Źródło: Wywiad dla 53. numeru magazynu research*eu nt. wyników, s. 12-13

Powiązane informacje

Numer rekordu: 125624 / Ostatnia aktualizacja: 2016-06-27
Kategoria: Wywiady
Dostawca treści: ec