Modelar la evolución química de moléculas en fase gaseosa, puede resultar un problema muy complejo debido a la gran diferencia que hay entre las escalas de tiempo en las que suceden cada una de las reacciones. En laboratorio las propiedades
del gas que se esta estudiando podría ser controlada y no es necesario considerar la evolución termodinámica del gas, sin embargo, cuando se trata de reacciones moleculares en el medio interestelar o dentro de las atmósferas planetarias, es importante considerar que las propiedades físicas del medio pueden variar debido a los gradientes de temperatura y presión del gas producidos por las mismas reacciones. Por ejemplo, un relampagos que sucede dentro de la atmósfera planetaria aumenta la temperatura del gas por donde se propaga aumentando así la presión de este mismo gas y produciendo un movimiento hidrodinámico que afectará la evolución de las especies químicas presentes.

En este proyecto, planeamos estudiar los procesos de formación y destrucción de moléculas en el Universo. Para lograr nuestro objetivo planteamos incluir una red de reacciones químicas (sistema de ecuaciones diferenciales) a nuestros códigos hidrodinámicos. Nuestros estudios se centraran en estudiar los procesos que conllevan a la formación y destrucción de moleculas en 3 tipos de escenarios: en nubes moleculares y en regiones de formación estelar, en el calentamiento de plasmas por relampagos, en atmósferas planetarias.

Los participantes de el proyecto hemos desarrollado códigos hidrodinámcos 3D, con malla fija y con malla adaptiva los cuales inclyen proces de enfrimiento radiativo (multi-especie), y códigos de evolución química. En este proyecto utilizaremos los códigos hidrodínamicos con prescripciones de enfrimiento radiativo multi-especie para agregar un código que resuelva las ecuaciones de las reacciones químicas.

Para validar nuestro método numérico, compararemos los resultados de nuestras simulaciones con experimentos de laboratorio. Para la parte experimental usaremos un Nd:YAG laser que se encuentra en el laboratorio del Dr. Rafael Navarro. El laser generara una burbuja de plasma que se expande produciendo una onda de choque que calienta el gas, modificando la química del plasma.

Todos los participantes de este proyecto somos del departamento de física de plasmas del ICN (4 investigadores, 2 investigadores posdoctorales y 3 estudiantes, uno de licenciatura, uno de maestría y uno de doctorado). Publicaremos dos o tres artículos por año del proyecto y presentaremos los resultados en congresos tanto
internacionales como nacionales. Para la realización de nuestro demandante trabajo numérico aprovecharemos los recursos de computo con los cuales contamos y la supercomputadora Miztli de la UNAM.

En este proyecto pretendemos desarrollar un código numérico que resuelva el sistema de ecuaciones diferenciales correspondientes reacciones de formación y destrucción de moléculas en fase gaseosa. Este trabajo ayudará a explicar la formación de
moléculas dentro de nubes moleculares y regiones de formación estelar, así como la evolución de especies químicas en las atmosferas primigeneas de los planetas. Esperamos obtener resultados aptos para su publicación en revistas internacionales en todas las áreas del proyecto. En las tres áreas principales que pretendemos trabajar, las contribuciones científicas serán las siguientes:

EN EL MEDIO INTERESTELAR:

Utilizando el código que desarrollaremos estudiaremos la evolución de moleculas dentro de nubes moleculares. Para lograr este objetivo agregaremos una prescripción sobre la contribución del polvo interestelar en la formación de moléculas. Actualmente se cuenta con observaciones que muestra que dentro de las nubes moleculares se pueden encontrar especies moleculares con hasta 18 o 20 átomos. La formación de estas moléculas debe estar ligada con las densidad del gas de la nube y el polvo que esta contenga, lo que ayuda a permear las regiones más profundas de la nube a la radiación ultravioleta que puede fotodisociar este tipo de especies. Pretendemos publicar dos o tres artículos donde agreguemos la contribución del polvo y la inclusión de fotones en la formación y destrucción de moléculas en nubes interestelares.

DENTRO DE ATMOSFERAS PLANETARIAS:

Estudiaremos la evolución de las especies químicas, por ejemplo de especies atómicas/iónicas y moleculares, dentro de atmósferas planetarias. La alta densidad dentro de una atmósfera y la contribución del calentamiento del gas debido a descarga eléctricas, por ejemplo relampagos, puden ayudar a aumentar la producción de moléculas (sencillas) y disminuir la producción de moleculas con un mayor número de átomos. Esta parte del proyecto será aplicada a la evolución de moléculas en nuestra atmósfera primigénea y así determinar el mecanismo de producción de las moléculas en la atmósfera reciente. Y en atmósfera de otros planetas se usará nuestro código para estudiar la evolución de moléculas y abundancias químicas en otros sistemas planetarios.

Sobre este tema se espera publicar dos o tres artículos en revista con arbitraje internacional.