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Dres. Sergio Paron & Martín Ortega
La Galaxia, su química, su observación…Uso de datos astronómicos…
La Plata – 2 de octubre de 2013
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Noticias Interestelares:
http://www.facebook.com/pages/Noticias-Interestelares
Sergio: [email protected]ín: [email protected]
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Instituto de Astronomía y Física del EspacioCONICET - UBA
De la química a la bioquímica en la Galaxia
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Antes que nada, entendamos el concepto de “Espacio” y de “Universo”
El Sol, una estrella más entre miles de millones que forman la Vía Láctea…
La Vía Láctea, una galaxia más entre miles de millones que forman el Universo…
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Hubble - campo profundo
Las galaxias se agrupanen cúmulos
Los cúmulos se agrupanen supercúmulos
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El Universo en gran escala se vería así:
Cúmulos de galaxias
“Radio” del Universo conocido ~14 mil millones de años luz
![Page 7: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/7.jpg)
Volviendo…nosotros vivimos en una típica galaxia espiral (Vía Láctea)
100.000 años luz
1012 masas solares
1011 estrellas
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La Vía Láctea:
En una noche oscuravemos muchísimas estrellas y demás
“estructuras extrañas”
Medio Interestelar (MIE)
¿?
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Medio Interestelar(MIE)
El medio que se encuentra entre las estrellas
Pero… ¿qué es? ¿qué hay? ¿está vacío?
MIE: 10-17 torr
(1 torr = 0.0013 atm)Ultra alto vacío (laboratorio): 10-9 – 10-11 torr
Si comparamos, en promedio, parecería ser un vacío casi absoluto:
medio de muy baja densidad
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Hasta principios del S.XX se pensaba que el MIE estaba vacío
![Page 11: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/11.jpg)
Si el MIE está vacío ¿qué son estas estructuras que se observan?
¿No hay estrellas o hay “algo” que las oculta? ¿?
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Por supuesto hoy en día sabemos que son enormes estructuras gaseosas
…comúnmente llamadas Nubes Moleculares.
Todo en el Universo, en particular todo dentro de nuestraGalaxia, se encuentra inmerso en un medio de baja densidad, no homogéneo, compuesto por gases y componentes sólidos.
Existen regiones de mayores y menores densidades
Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 1019 moléculas por cm3
MIE (en promedio): 1 átomo / molécula por cm3
se puede llegar a 107 – 108 cm-3
Datos:
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Inmerso en este medio hay estrellas (nuevas, jóvenes, viejas, muertas),planetas y tal vez seres vivos...
Nuestro sistema solar, por supuesto, también está inmerso en una estructura similar.
![Page 14: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/14.jpg)
MIE
El estudio del MIE es el “link” entre las escalas estelares y galácticas
Estructuras interesantes: Nubes Moleculares
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Estructuras gaseosas de cientos y miles de años luzde tamaño.
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Nube molecular gigante de Orion~ 1500 años luz de distancia
~ cientos de años luz de tamaño
¿?
¿Qué procesos importantesocurren dentro?
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“Zoom” hacia el centro de Orion
Capullos de formación estelar
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formación estelar en Serpens visto en IR
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Composición de las nubes moleculares:
Átomos: H, C, S, O, etc.
Moléculas: H2, CO, CH3OH,
muchas!
Polvo: pequeños granitos
sólidos
¿?
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Átomos
constituyen los elementos
Formados por protones, neutrones y electrones.
Medidas típicas ~ 1 10-10 m
Tabla Periódica
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Moléculas
Varios átomos enlazados por distintas fuerzas
forman las moléculasque componen las sustancias
Como por ejemplo…
¿?
![Page 22: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/22.jpg)
Hidrógeno (H)
fusión nuclear
Helio (He)
Todo comienza en las estrellas…
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Fusión nuclear
2H
3He
4He
Hidrógeno (H)
Helio (He)
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Las estrellas de mayor masa (las más pesadas) realizan más procesos de fusión nuclear
![Page 25: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/25.jpg)
PRESION
GRAVEDAD
Y así continúan con la fusión generando más elementos...
cuando se acaba la fusión la estrella explota (Supernova)
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Tabla Periódica
Gran parte de los elementos más pesadosse sintetizan durante la explosión de Supernova
![Page 27: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/27.jpg)
Todo lo que conocemos se generó en una estrella
Cualquier átomo de nuestro cuerpo alguna vez estuvodentro de una estrella
el calcio (Ca) de nuestros huesos
Por ejemplo:
el hierro (Fe) de nuestra sangre
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Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 1019 átomos / moléculas cm-3
Agua: 3.34 1022 moléculas cm-3
Altas densidades muchas reacciones químicas
![Page 29: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/29.jpg)
Reacciones químicas características en nuestro planeta:
A + B AB
A B A + B
C + AB AC + B
(química neutra)
Cloruro de Hidrógeno
Su solución acuosa forma el Ácido clorhídrico
![Page 30: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/30.jpg)
MIE (en promedio): 1 H2 cm-3
Sin embargo se da una química muy compleja con la existencia de muchas moléculas orgánicas.
Bajas densidades
![Page 31: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/31.jpg)
¿Qué tipo de reacciones químicas se producen en tan bajas densidades y son capaces de formar moléculas complejas?
¿?
![Page 32: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/32.jpg)
Abundante en el MIE
Radiación
La fotoionización produce iones(moléculas o elementos con cargaeléctrica)
Colisiones con rayos cósmicos también pueden ionizar…
Reacciones ion - molécula
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Luego los iones, a través de su carga eléctrica, pueden fácilmenteintervenir en cadenas muy grandes de reacciones.
C + UV C+ + e-
H2 + RC H2+ + e- + RC
+
![Page 34: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/34.jpg)
C + UV C+ + e-
El C+ se encuentra con alguna especie neutra:
+
+
se atraen y se “juntan”
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Ejemplo de una cadena de reaccionesrelativamente sencilla donde intervienen iones
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Reacciones en las superficies de granos de polvo:
Olivinas Fosterita (Mg2SiO4)el manto terrestre: olivina
(Mg,Fe,Mn)2SiO4
pueden actuar como catalizadores
Granos de polvo
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¿Cómo se forman los granos de polvo?
En las capas exteriores de estrellasviejas ricas en O y C
En las explosiones de Supernova
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H + H + grano H2 + grano
Reacción sumamente importante:
Otras reacciones:
Las moléculas más complejas se forman aquí
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Reacciones de química neutra:
Por lo general se necesitan distancias muy pequeñas entre los reactivos y energías elevadas.
asociación radiativa: A + B AB + fotodisociación: + AB A + B reacc. de 3 cuerpos: A + B + C AB + Cintercambio neutro: AB + C BC + A
Reacciones importantes en los ambientes de más alta densidad:• Núcleos más densos de las nubes.• Atmósferas estelares• Atmósferas planetarias• Raramente en regiones de densidades medias (del MIE)
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Para hacer estudios astrofísicos y astroquímicos:
es muy interesante comparar las regiones del espaciodonde se encuentran estas moléculas con las de nuestro planeta.
Por ejemplo:
CO(monóxido de carbono)
CH4
(metano)
abundante (en gral.) en todas las nubes moleculares
en las nubes más oscuras, regiones de nacimiento de estrellas
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En nuestro planeta... ¿dónde hay CH4 y CO?¿en qué reacciones intervienen?
CH4gas natural
CO producto de la combustión incompletadel CH4 VENENOSO
Combustión completa: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + luz + calor
Combustión incompleta: 3CH4 + 4O2 2CO + 6H2O + C + luz + calor
Por ejemplo:
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Formación de CO en el MIE:
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NH3 (amoníaco) H2CO (formaldehido)
CH3CH2OH (alcohol etílico)
C6H6
(benceno y similares)
NaCl (cloruro de sodio)
SO2
(dióxido de azufre)
NH2CH2COOH (Glicina)
H2O (agua)
Algunas moléculas interesantes del MIE
![Page 44: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/44.jpg)
¿Cómo “vemos” a las moléculas? ¿?
Básicamente…
Por ejemplo una molécula realiza rotaciones
Gasta energía – la pierde en forma de radiación
(en ondas de radio – mm y sub mm)
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Transiciones electrónicas: ocurren entre los estados electrónicos de la molécula. Temp ~ 10000 K. La radiación que emiten estará en el visible y en el UV.
Transiciones vibracionales: ocurren por la oscilación de los núcleos de la molécula. Temp ~ 1000 – 3000 K. La radiación que emiten estará en el IR.
Transiciones rotacionales: ocurren por la rotación de la molécula. Temp ~ 10 – 100 K. La radiación que emiten estará en el IR lejano y milimétrico.
![Page 46: Dres. Sergio Paron & Martín Ortega La Galaxia, su química, su observación… Uso de datos astronómicos… La Plata – 2 de octubre de 2013](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062512/5528bde8497959977d8fe9b6/html5/thumbnails/46.jpg)
Y las moléculas nos dan información…
Ejemplo:
Detección de la emisión del CS
Para que el CS se excite y rote con una dada energía se necesitan:
Densidades ˃ 107 cm-3
Temperaturas ˃ 60 K
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Otro ejemplo:
Emisión maser del OH a 1720 MHz
maser como un laser pero en ondas de radio
Se necesitan altas densidades y choques fuertes para generar esta emisión.
Interacción de RSN con nubes moleculares
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Moléculas en el Medio Interestelar
se conocen más de 200 especies moleculares
informan las condiciones físicas y químicas del medio
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Conocemos más de 200 moléculas interestelares
http://www.astrochymist.org/astrochymist_ism.html
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Una cosa importante:
Moléculas orgánicas Seres vivos ?
Vida tal cual la conocemos Moléculas orgánicas
¿?
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Los ladrillos básicos de la vida parecen estar esparcidos por todo el Universo.
El descubrimiento de la Glicina en el MIE
(aminoácido – neurotransmisor)
constituyen las proteínas
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Resumen
En el MIE se produce una química muy rica
Se generan muchas moléculas
Hay moléculas orgánicas
Algunas de ellas “prebióticas”
En el MIE se encuentra todo el material para formar estrellas, planetas y vida