Chemické reakce jsou základem všeho, co se děje ve vesmíru. Od termonukleární fúze, která pohání Slunce, až po to, jak antibiotika pomáhají v boji proti zápalu plic, vše závisí na tom, co se děje, když se molekuly srážejí a interagují za vzniku nových sloučenin.

Chemik Ernesto García, působící na Baskické univerzitě ve Vitorii (Španělsko), zasvětil svou akademickou kariéru pochopení chemických reakcí z teoretického hlediska. „Mým hlavním vědeckým cílem je přesně vypočítat účinnost molekulárních procesů, při nichž molekuly při srážkách reagují, disociují, vyměňují si energii a deformují se,“ říká García.

García vytváří výpočetní modely pro popis reakcí, které jsou důležité pro studium přírodních jevů nebo průmyslových procesů. Mít dobré teoretické modely pro předpověď chování molekul znamená, že simulace budou realistické a užitečné pro řešení výzkumných problémů v reálném světě.

Přesné modely molekulárních srážek zohledňují mnoho typů parametrů (například kinetické energie, tvar molekul, tepelné vlastnosti). K zefektivnění výpočetní práce při výpočtech používá García pracovní postup nazvaný Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS).

GEMS byl vyvinut týmem Antonia Laganà na univerzitě v italské Perugii a využívá vysoce výkonné výpočetní zdroje zpřístupněné virtuální organizací CompChem.

V posledních čtyřech letech pracoval García na projektech od astronomie až po aplikovanou chemii a vědu o atmosféře. Předložil asi 2,5 milionu úloh za celkem 31 milionů hodin práce procesoru a publikoval osm článků v recenzovaných časopisech a mnoho výsledků čeká na zveřejnění.

GEMS v akci

Chemická evoluce mezihvězdných mračen

Mezihvězdná mračna jsou amalgámem plynu, plazmatu a prachu rozptýlených po celém vesmíru. V práci Rampino a kol. 2016 se Garcia a jeho tým zabývali tím, jak teplota ovlivňuje jejich chemický vývoj.

Tým modeloval vznik C2+ (iontu s chemickou vazbou mezi k atomům uhlíku, a tedy předchůdce delších uhlovodíkových řetězců) z jednoho atomu uhlíku a metylidinového radikálu CH+ (všudypřítomného v celém mezihvězdném prostoru) a zjistil něco překvapivého: rychlost jeho vzniku v mezihvězdných mračnech se o několik řádů liší od hodnot používaných v současných astronomických modelech.

Modelování dusíkového plazmatu

V roce 2017 tým Esposito a kol. modeloval dusíkové plazma, jaké obklopuje kosmické lodě při vstupu do atmosféry Země nebo Titanu. Za těchto okolností může teplota dosahovat desítek tisíc stupňů.

Díky mřížce EGI bylo možné vypočítat srážkami indukovanou rychlost disociace molekul dusíku v několika vibračních excitovaných stavech srážkami s atomy dusíku i s molekulami dusíku.