Sergey Yurchenko: “La astrofísica de los exoplanetas es un campo muy joven y es muy emocionante formar parte de él”

ECLA2016 "Gas on the rocks" (European Conference on Laboratory Astrophysics)
ECLA2016 “Gas on the rocks” (European Conference on Laboratory Astrophysics)

Sergei Yurchenko ENGLISH VERSION BELOW
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La actividad investigadora de Sergey Yurchenko (@TroveMaster) abarca una gama de temas, dentro de la física molecular, relacionados tanto con la teoría subyacente como con la aplicación de cálculos de los espectros moleculares; también trabaja en el desarrollo de métodos eficientes para la generación de listas precisas y completas de líneas moleculares, aplicables a una amplia gama de temperaturas y ambientes, incluyendo atmósferas de exoplanetas calientes y estrellas frías. Estudia las propiedades fundamentales de las moléculas poliatómicas con métodos de espectroscopia infrarroja de vibración-rotación de alta resolución; desarrolla cálculos de estructura electrónica y experimentos teóricos que describen la manipulación y el control de moléculas poliatómicas por sofisticados campos electromagnéticos. Trabaja en el Departamento de Física y Astrofísica de la University College London (Reino Unido).

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

Físicamente, no podemos ir y tomar una muestra de cualquier lugar del universo. La principal fuente de información sobre el universo es lo que vemos (a través de la luz visible) o lo que no podemos ver, pero podemos detectar (por ejemplo, luz infrarroja o ultravioleta).

Estas señales electromagnéticas contienen mucho más de lo que nuestro ojo puede revelar, por ejemplo, sobre lo que compone las atmósferas de otros planetas, qué especies hay en los medios interestelares o qué procesos tienen lugar en las regiones donde se forman las estrellas o planetas.

A pesar de que estos ambientes son muy diferentes a los de nuestro planeta, también están compuestos de átomos y moléculas. Lo que sí podemos hacer (y lo que realmente estamos haciendo) es ir al laboratorio a aprender tanto como sea posible acerca de cómo se comportan los diferentes átomos y moléculas en diferentes condiciones y cómo está codificada esta información en la luz que emiten o absorben.

El código es un espectro que nos cuenta historias de estrellas caídas, planetas recién nacidos o galaxias que chocan, incluso desde un pasado muy lejano que llega hasta los tiempos en los que nació el universo.

¿Cuál es su campo de investigación actual?

Me interesa el estudio de atmósferas de exoplanetas, es decir, planetas más allá de nuestro Sistema Solar. La astrofísica de exoplanetas es un campo muy joven y es muy emocionante formar parte de él. La mayoría de los exoplanetas conocidos (actualmente más de 3.000) se han descubierto en los últimos cinco años. Mi especialidad es el estudio de las propiedades espectrales de moléculas en condiciones extremas (de calor) mediante métodos teóricos de vanguardia.

Mi ‘laboratorio’ es un superordenador y mis herramientas son métodos sofisticados de mecánica cuántica. El objetivo de mi investigación es construir una librería que reúna las propiedades espectrales de todas las moléculas importantes que pueblan las atmósferas de diferentes exoplanetas, y utilizar esa librería para interpretar las señales espectrales de estos objetos con el fin de saber de qué están hechos.

En el contexto de la astrofísica de laboratorio, ¿cuáles son los principales avances en los últimos años?

Para mí, la técnica astronómica llamada “tránsito”, desarrollada hace unos 10 años para estudiar los espectros de los exoplanetas. Se da cuando un exoplaneta (al cual no podemos ver) pasa por delante de una estrella distante y bloquea parte de su luz. Si el exoplaneta tiene atmósfera, esta interactúa con la luz de la estrella, pasa a través de ella y deja algunos rastros de esa interacción.

Esta técnica se ha utilizado para caracterizar cientos de nuevos y apasionantes mundos, incluyendo unos pocos que son muy similares a nuestro planeta y que, potencialmente, podrían albergar vida. El instrumento más famoso y productivo es el telescopio Kepler, de la NASA, que ha revolucionado el campo detectando y estudiando miles de exoplanetas. La ESA también tiene también misiones europeas específicas para el estudio de exoplanetas, como CHEOPS y PLATO.

¿Qué resultados espera su comunidad en la próxima década?

Sin duda, encontraremos más exoplanetas muy similares a nuestro mundo. Lo que la comunidad espera es ser capaz de caracterizar estos exoplanetas correctamente, entender su composición. Podremos predecir los fenómenos meteorológicos en estos objetos e incluso hacer mapas de su superficie. Lo que es cuestionable es si podemos esperar encontrar vida en los próximos 10 años.

Esto será posible, probablemente, a medida que avance la tecnología de décadas posteriores. Sin embargo, esperamos encontrar firmas indicando que la vida puede estar presente. Otro tema de investigación interesante es en qué forma se detectará esa vida.

¿Cuál es la importancia de esta reunión en Astrofísica desde un punto de vista europeo?

Las conferencias científicas son importantes para intercambiar ideas, resultados, para fortalecer y crear nuevas e interesantes colaboraciones. Esto genera una ciencia europea fuerte y competitiva. Esta conferencia sobre astrofísica también es importante porque lanza el mensaje de que Europa aún valora y promueve el conocimiento fundamental. Me alegra mucho que la conferencia organice actividades de divulgación, ya que coincide con la idea de promocionar la ciencia básica en Europa.

Sergey Yurchenko at ECLA2016
Sergey Yurchenko at ECLA2016

ENGLISH VERSION

“Astrophysics of exoplanets is a very young field and it is very exciting to be part of it”

The research activity of Sergey Yurchenko (@TroveMaster) covers a range of topics in the physics of molecules dealing with both the underlying theory and applications of calculations of molecular spectra; also the development of efficient methods for generation of accurate and comprehensive molecular line lists applicable for a wide range of temperatures and environments, including atmospheres of hot exoplanets and cool stars. He studies the fundamental properties of polyatomic molecules by methods of the high-resolution infrared vibration-rotation spectroscopy; he develops electronic structure calculations and theoretical experiments describing manipulation and control of polyatomic molecules by sophisticated electromagnetic fields. He works at the Department of Physics and Astronomy of the University College London (UCL, UK).

What is the role of molecular/laboratory astrophysics in astrophysics?

We cannot physically go and take a probe anywhere in the universe. The main source of information about the universe is what we see (i.e. via visible light), or what we cannot see but can detect (e.g. infra-red or ultra-violet light).

These electromagnetic signals contain much more than our eye can reveal, for example, about what the atmospheres of other planets are made of, what species are in the interstellar media, what processes are happening in regions where the stars or planets are formed.

Despite these very different environments to that in our home planet, they are made of the same atoms and molecules. What we can do (and what we are actually doing) is to go to the lab and learn as much as possible about how different atoms and molecules behave in different conditions and how this information is encoded into the light they emit or absorb.

The code is a spectrum, which can tell us stories of fallen stars, newly born planets or colliding galaxies, even from the very distant past up to the time when the universe was born.

What is your current research field?

I am interested in studying atmospheres of exoplanets, i.e. planets beyond our solar system. Astrophysics of exoplanets is a very young field and it is very exciting to be part of it. Most of the known exoplanets (currently more than 3000) have been discovered within about last five years. My expertise is in the spectral properties of molecules at extreme (hot) conditions using state-of-the-art theoretical methods.

My ‘laboratory’ is a supercomputer and my tools are sophisticated quantum-mechanical methods. The aim of my research is to build a library of spectral properties of all important molecules populating atmospheres of different exoplanets and use this library to interpret spectral signals from these objects and to answer the question what are these objects made of.

In the context of Laboratory Astrophysics, what are the main advances in recent years?

For me this is the novel astronomical technique called Transit developed about 10 years ago to study the spectra of exoplanets. This is when an exoplanet (which we cannot see) passes in front of a distant star and blocks some part of its light. Now, if the exoplanet has an atmosphere, it will interact with the stellar light passing through it and leave some traces of this interaction.

This technique has been used to characterize hundreds of new exciting worlds, including a few, which are very similar to our planet and potentially can sustain live. The most famous and productive is NASA’s Kepler telescope, which has revolutionized the field by detecting and studying thousands of exoplanets. ESA will also have dedicated European exoplanetary missions such as CHEOPS and PLATO.

What new results does your community expect in the next decade?

We will certainly find more exoplanets which are very similar to our world. What the community expects is to be able to properly characterize these exoplanets, understand their composition. We will be able to predict weather on these objects and even to map their terrain. It is questionable if we can expect finding life in the next 10 years.

This is probably for the technological advances of the decades after. However we surely hope to find signatures indicating that life can be there. In which form this life will be detected is also a subject of exciting research.

What’s the relevance of this meeting in astrophysics from an European point of view?

Scientific conferences are important to exchange ideas, results, to build new and strengthen exciting collaborations. This means strong and competitive European science. This conference on Astrophysics is important also because it gives a strong message that Europe still values and promotes the fundamental knowledge. I am very glad that the conference organizes this outreach event, which is in line with the idea of promoting of the fundamental science in Europe.

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