Los modelos de atmósferas de exoplanetas suelen asumir C/O > 1 y química dominada por el carbono (CO, CH4), pero en planetas con C/O < 0.8 el oxígeno sobrante puede favorecer especies de silicio como el SiO, algo relevante para interpretar espectros de tránsito. Un estudio reciente aborda la formación y condensación de SiO en ausencia de carbono con simulaciones de química cuántica, fuera del alcance de un TFG, pero el fenómeno de fondo -el reparto de abundancias entre especies de C, O, Si e H según T, P y C/O- se puede estudiar con un modelo de equilibrio termodinámico mucho más simple.

Qué aporta

El estudiante aprende a plantear y resolver numéricamente un sistema de ecuaciones de equilibrio químico (ley de acción de masas y conservación de elementos) usando constantes de equilibrio tabuladas, y a interpretar cómo cambian las abundancias de CO, SiO, SiO2, H2O, etc. con la temperatura, la presión y la relación C/O. La contribución es reproducir a pequeña escala el tipo de diagrama de abundancias de equilibrio que aparece en la literatura de química atmosférica planetaria, no un resultado nuevo.

Qué necesitas

Física estadística y termodinámica, métodos numéricos, Python (numpy, scipy.optimize para resolver el sistema no lineal de equilibrio). Se necesitan constantes termodinámicas (energías de Gibbs de formación) de tablas públicas tipo JANAF, que el tutor debe proporcionar o que estén disponibles en bibliografía abierta.

Datos abiertos

Plan de trabajo

  1. Revisión de termoquímica de equilibrio químico y de artículos sobre química C-O-Si en atmósferas planetarias40 h
  2. Construcción del modelo: especies C, O, Si, H relevantes, constantes de equilibrio y ecuaciones de conservación40 h
  3. Implementación numérica en Python (resolución del sistema no lineal) y validación con casos conocidos de la literatura60 h
  4. Barrido en T, P y C/O; identificación de la región donde domina SiO frente a CO; comparación con parámetros de exoplanetas reales del catálogo NASA40 h
  5. Redacción de la memoria y preparación de la defensa40 h

No lo hagas si

No conviene si el tutor no puede facilitar tablas termodinámicas de energías de Gibbs de formación para las especies necesarias, o si se espera acoplar el equilibrio químico a un modelo de transporte radiativo completo (eso ya excede el alcance de un TFG); tampoco es adecuado si se pretende reproducir los cálculos de estructura electrónica o cinética química del artículo original.