Sergio Paron y Martín Ortega
Instituto de Astronomía y Física del EspacioCONICET - UBA
Adrogué 2011
El medio interestelar y la formación de estrellas
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http://cms.iafe.uba.ar/sparon/divulg.html
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Antes que nada, entendamos en donde estamos parados…
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…
Hubble - campo profundo
Las galaxias se agrupanen cúmulos
Los cúmulos se agrupanen supercúmulos
El Universo en gran escala se vería así:
Cúmulos de galaxias
“Radio” del Universo conocido ~14 mil millones de años luz
Volviendo…nosotros vivimos en una típica galaxia espiral (Vía Láctea)
100.000 años luz
1012 masas solares
1011 estrellas
La Vía Láctea:
En una noche oscuravemos muchísimas estrellas y demás
“estructuras extrañas”
Medio Interestelar (MIE)
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
Hasta principios del S.XX se pensaba que el MIE estaba vacío
Si el MIE está vacío ¿qué son estas estructuras que se observan?
¿No hay estrellas o hay “algo” que las oculta?
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:
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.
MIE
El estudio del MIE es el “link” entre las escalas estelares y galácticas
Estructuras interesantes: Nubes Moleculares
Estructuras gaseosas de cientos y miles de años luzde tamaño.
Nube molecular gigante de Orion~ 1500 años luz de distancia
~ cientos de años luz de tamaño
¿Qué procesos importantesocurren dentro?
“Zoom” hacia el centro de Orion
Capullos de formación estelar
formación estelar en Serpens visto en IR
Composición de las nubes moleculares:
Átomos: H, C, S, O, etc.
Moléculas: H2, CO, CH3OH,
muchas!
Polvo: pequeños granitos
sólidos
Hidrógeno (H)
fusión nuclear
Helio (He)
Todo comienza en las estrellas…
Fusión nuclear
2H
3He
4He
Hidrógeno (H)
Helio (He)
Las estrellas de mayor masa (las más pesadas) realizan más procesos de fusión nuclear
PRESION
GRAVEDAD
Y así continúan con la fusión generando más elementos...
cuando se acaba la fusión la estrella explota (Supernova)
Tabla Periódica
Gran parte de los elementos más pesadosse sintetizan durante la explosión de Supernova
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
Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 1019 átomos / moléculas cm-3
Agua: 3.34 1022 moléculas cm-3
Altas densidades muchas reacciones químicas
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
MIE (en promedio): 1 H2 cm-3
Sin embargo se da una química muy compleja con la existencia de muchas moléculas orgánicas.
Bajas densidades
¿Qué tipo de reacciones químicas se producen en tan bajas densidades y son capaces de formar moléculas complejas?
Abundante en el MIE
Radiación
La fotoionización produce iones(moléculas o elementos con cargaeléctrica)
Colisiones con rayos cósmicos también pueden ionizar…
Reacciones ion - molécula
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
+
C + UV C+ + e-
El C+ se encuentra con alguna especie neutra:
+
+
se atraen y se “juntan”
Ejemplo de una cadena de reaccionesrelativamente sencilla donde intervienen iones
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
¿Cómo se forman los granos de polvo?
En las capas exteriores de estrellasviejas ricas en O y C
En las explosiones de Supernova
H + H + grano H2 + grano
Reacción sumamente importante:
Otras reacciones:
Las moléculas más complejas se forman aquí
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)
Formación de CO en el MIE:
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
¿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)
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.
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
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
Moléculas en el Medio Interestelar
se conocen más de 130 especies moleculares
informan las condiciones físicas y químicas del medio
Conocemos más de 130 moléculas interestelares
http://www.astrochymist.org/astrochymist_ism.html
Resumen de la primer parte…
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…