Optimización de instrumentación para facilitar la detención de especies químicas en el espacio

Abstract

En este Trabajo de Fin de Grado, se ha llevado a cabo un exhaustivo estudio y análisis de las diversas modalidades de medidas de un espectrómetro de banda ancha en la región milimétrica (75 GHz - 110 GHz). Esta investigación se ha desarrollado utilizando dos moléculas de control, OCS y N2O, con el objetivo de comprender cómo se comporta el instrumento a través del análisis de las transiciones rotacionales de estas dos moléculas en este rango de frecuencia. Se han identificado los parámetros fundamentales que influyen en la resolución de los espectros y se ha revelado el límite de detección. La importancia de la puesta a punto de este instrumento se refleja en el hecho de que las mediciones realizadas en este rango de frecuencias son directamente comparables con las observaciones astronómicas del medio interestelar realizadas por los radiotelescopios. Para la detección de especies moleculares en el espacio, resulta crucial contar con datos de laboratorio que sirvan como guía y referencia. Estos datos desempeñan un papel fundamental al facilitar la comparación, permitiendo así descifrar si las observaciones realizadas en el espacio presentan el mismo patrón de líneas (transiciones rotacionales) que caracterizan de manera única a cada molécula. De ahí la trascendencia de llevar a cabo experimentos en laboratorios con la máxima precisión y sensibilidad posible al estudiar especies moleculares que podrían hallarse en el espacio interestelar. Se han predicho, identificado y analizado varias transiciones rotacionales del OCS y N2O, correspondientes al estado fundamental de la especie principal y a algunos de sus isótopos más abundantes, en el rango de frecuencias de 75 a 110 GHz. Estas transiciones han sido utilizadas como un banco de pruebas para evaluar diversas modalidades de medida presentes en el espectrómetro. Simultáneamente, se han modificado variables externas, como la presión, el tipo de celda y la potencia de vacío, para observar su influencia en los resultados.

n this final degree project, an exhaustive study and analysis of various measurement modalities of a broadband spectrometer in the millimeter-wave region (75 GHz - 110 GHz) have been conducted. This research utilized two control molecules, OCS and N2O, with the aim of understanding the instrument's behavior through the analysis of rotational transitions of these molecules in this frequency range. Fundamental parameters influencing spectral resolution have been identified, and the detection limit has been revealed. The importance of the development of this instrument is reflected in the fact that the measurements made in this frequency range are directly comparable with astronomical observations of the interstellar medium made by radio telescopes. For the detection of molecular species in space, it is crucial to have laboratory data to serve as a guide and reference. These data play a fundamental role in facilitating comparison, thus allowing us to decipher whether observations made in space present the same pattern of lines (rotational transitions) that uniquely characterize each molecule. Hence the importance of carrying out experiments in laboratories with the maximum possible precision and sensitivity when studying molecular species that could be found in interstellar space. Several rotational transitions of OCS and N2O have been predicted, identified and analyzed, corresponding to the ground state of the main species and to some of its most abundant isotopes, in the frequency range of 75 to 110 GHz. These transitions have been used as a bank of tests to evaluate various measurement modalities present in the spectrometer. Simultaneously, external variables, such as pressure, cell type and vacuum power, have been modified to observe their influence on the results. Finally, the detection limit has been determined through successive dilutions of the sample, completing a comprehensive analysis of the spectrometer's characteristics and capabilities in studying these molecules.