Normalmente, las computadoras aceleran los cálculos. Pero con su nueva fórmula de lápiz y papel Kevin Heng, de la Universidad de Berna, Suiza, obtiene sus resultados miles de veces más rápido que el uso de códigos de computadora convencionales. El astrofísico calcula la abundancia de moléculas conocidocomo química atmosférica en atmósferas exoplanetarias. En última instancia, descifrar la abundancia de moléculas nos permite interpretar si las características de un espectro se deben a la física, la geología o la biología.
Con sus sofisticados instrumentos, los astrónomos de hoy en día no solo detectan nuevos exoplanetas fuera de nuestro sistema solar, sino que también pueden caracterizar las atmósferas de algunos de estos mundos distantes. Para saber qué anticipar y cuándo sorprenderse, los teóricos calculan la abundancia esperada de moléculas.Kevin Heng, director del Centro de Espacio y Habitabilidad CSH de la Universidad de Berna, es un experto en estos cálculos. "El sol, y otras estrellas, tienen una proporción muy definida de elementos químicos como hidrógeno, carbono,explica: "Y hay mucha evidencia de que los planetas se forman a partir de la esencia de las estrellas". Pero mientras que en las estrellas los elementos existen como átomos, en las temperaturas más bajas de las atmósferas exoplanetarias forman moléculas diferentes según la temperatura.y presión.
A bajas temperaturas, por ejemplo, el vehículo dominante de carbono es el metano CH4, a altas temperaturas es el monóxido de carbono CO. La red de posibles reacciones químicas es bien conocida pero muy grande. Por lo tanto, los cálculos convencionales son complejosy consume mucho tiempo. "Encontré una manera de hacerlo mucho más rápido resolviendo el 99% del problema en papel, incluso antes de tocar una computadora", dice Kevin Heng. "Normalmente, uno resuelve lo que llamamos un sistema de acoplamiento, ecuaciones no lineales. Logré reducir el problema a la resolución de una sola ecuación polinómica. Efectivamente, 'desacoplé' el sistema de ecuaciones en papel, en lugar de usar una computadora ". Resolver esta ecuación polinómica toma una fracción del originaltiempo de computadora
10 milisegundos en lugar de unos minutos
"Me tomó unos meses descubrir qué es posible", dice el astrofísico. Necesitaba dos documentos para establecer la base del resultado principal en el tercer documento que ahora se acepta para su publicación en el Astrophysical Journal ".Este avance esencialmente reduce la parte principal del programa a una línea de código de computadora. Ahora podemos calcular la química en 0.01 segundos 10 milisegundos en lugar de unos pocos minutos ". Una figura que muestra curvas de la abundancia relativa de varias moléculas comoel metano, el monóxido de carbono, el agua o el amonio frente a la temperatura demuestran cuán precisa es la nueva fórmula. "Casi no se puede distinguir la diferencia entre mis cálculos y aquellos con el código informático complicado", resume el científico.la comunidad de expertos incluso antes de su publicación oficial.
El nuevo método analítico tiene varias implicaciones. La tremenda aceleración permite una exploración más exhaustiva de las posibilidades al interpretar los espectros de atmósferas exoplanetarias. Para Heng, lo más emocionante es la oportunidad para la democracia científica: "Ahora eses fácil para cualquier astrónomo, en todo el mundo, calcular la química atmosférica en exoplanetas. Ya no es necesario implementar un código informático sofisticado. Me encanta saber que este conocimiento es transferible instantáneamente a cualquier otro científico en el mundo ".
Observando las atmósferas de los exoplanetas, los científicos esperan descubrir cómo se formaron los objetos y qué tipo de procesos aún tienen lugar. La química atmosférica les enseña cómo y cuándo sorprenderse. Las diferencias entre las abundancias calculadas y observadas de las moléculas podrían revelarprocesos geológicos o incluso biológicos. "Tal vez en 20 o 30 años, mirando una atmósfera exoplanetaria con agua, oxígeno, ozono y otras moléculas, podamos preguntarnos si vemos vida", dice Kevin Heng: "Pero primero tendremos que responder la preguntasi los datos pueden explicarse por física o geología "
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Materiales proporcionado por Universidad de Berna . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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