Sergio Ariel ParonInstituto de Astronomía y Física del Espacio

CONICET - UBA Taller de Ciencia -- IAFE 2009

La Química de la Galaxia

Primero es necesario entender nuestro lugar en el Universo

Planeta Tierra: nuestro pequeño hogar

Hagamos un viaje imaginariopor todo el Universo

6.000.000.000 km

Tierra

Sistema Solar

Un año luz es el recorrido que realiza un rayo de luz durante unaño de viaje

Un año posee 31.536.000 segundos. Entonces si por cada segundo un haz de luz avanza 300.000 km, al cabo de un año habrá recorrido:

300.000 km/s x 31.536.000 seg. = 9.460.800.000.000 km.

¡¡¡es decir que un año luz = 9.460.800.000.000 km!!!

DATO PARA TENER EN CUENTA

velocidad de la luz = 300.000 km/s

Radio de 12 años luz Estrellas más cercanas

Radio de 250 años luz grupo de estrellas más cercanas

Radio de 5.000 años luz se distinguen los brazos de la espiral galáctica

Radio de 50.000 años luz Vía Láctea

Radio de 500.000 años luz algunas galaxias satélite

Radio de 5.000.000 de años luz grupo local de galaxias

Radio de 100.000.000 de años luz gran cúmulo de grupos de galaxias

Radio de mil millones de años luz los cúmulos se agrupanen supercúmulos

Radio de 14 mil millones de años luz todo el Universoconocido

Para pensar (I)

1- ¿Cuánto tarda en llegar un rayo de luz de una punta del Universo a la otra?

2- Si el Universo conocido tiene un radio de 14 mil millones de años luz ¿cuál es el radio expresado en km?

Las estrellas

y de esta manera pueden vivir millones y millones de años....

De lo que se puede ver, lo más abundante en el Universo son:

hidrógeno (H)fusión nuclear

helio (He)

Conocemos muchos elementos y los ordenamos en una Tablasegún su número atómico (número total de protones del núcleo)

Tabla Periódica

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 continuan con la fusión generando más elementos...

cuando se acaba la fusión la estrella explota (Supernova)

Supernova explosión más catastrófica conocida en el universo

luego de la explosión antes de la explosiónExplosión de Supernova

Animación de una explosión de Supernova en el centro galáctico

La explosión de Supernova

libera muchísima energía

genera nuevos elementos (más pesados)

libera todos los elementos que la estrella formó

Estos elementos liberados participarán en la formación de

nubes interestelares

nuevas estrellas

nuevos planetas

posibles seres vivos

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

Para pensar (II)

1- Por ejemplo, los átomos de Ca (Calcio) de los huesos de todas las personas en este auditorio, ¿habrán sido formados en la misma estrella o en estrellas distintas?

Luego de una explosion de Supernova....

Los distintos elementos que la estrella formó quedan en el medio

interestelar

y en algunas regiones tan exóticas como las Nubes Interestelares....

¡¡pueden formar moléculas!!

¿Y qué ocurre en el Medio Interestelar?

Medio Interestelar El medio que se encuentra entrelas estrellas

Está el material expulsado por las estrellas

+ productos de una química muy compleja que se produce en él

Nubes y estructuras del Medio Interestelar

moléculas

granos de polvo

átomos

Química en el Medio Interestelar

Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 x 1019 moléc. cm-3

química complejaMIE (en promedio): 1 átomo de H cm-3

¡¡gran cantidad de moléculas orgánicas!!

Ultra alto vacío (lab)10-9 – 10-11 torr

MIE10-17 torr

Mecanismos para la formación molecular en el MIE

Reacciones ion – molécula: rayos cósmicos (RC), radiación UV ionizan especies químicas. Por ejemplo:

Luego los iones, a través de su carga eléctrica, pueden fácilmenteintervenir en cadenas muy grandes de reacciones.

H2 + RC H2+ + e- + RC

C + UV C+ + e-

Reacciones en las superficies de granos de polvo:

ejem. importante: H + H + grano H2 + grano

Olivinas Fosterita(el manto terrestre: olivina)

pueden actuar como catalizadores

Reacciones de química neutra:

Por lo gral. se necesitan distancias muy pequeñas entre los reactivos y energías elevedas.

Reacciones importantes en ambientes de alta densidad.

asociación radiativa: A + B AB + fotodisociación: + AB A + B reacc. de 3 cuerpos: A + B + C AB + Cintercambio neutro: AB + C BC + A

Ejemplo de una cadena de reaccionesrelativamente sencilla

Moléculas en el Medio Interestelar

se conocen alrededor de 130 especies moleculares

informan las condiciones físicas y químicas del medio

¿Cómo?

Vayamos pensando…

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 molecularesen las nubes más ocuras,

regiones de nacimiento de estrellas

En nuestro planeta... ¿dónde hay CH4 y CO?¿en qué reacciones intervienen?

CH4gas natural

CO producto de la combustión inclompletadel CH4 VENENOSO

Combustión completa: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + luz + calor

Combustión incompleta: 3CH4 + 4O2 2CO + 6H2O + C +

luz + calor

Para pensar (III)

2- Buscar sustancias de nuestro planeta compuestas por las siguiente lista de moléculas, y en lo posible dar alguna reacción química en donde intervengan

1- ¿Por qué la detección de las moléculas nos informa sobre las condiciones del medio?

NH3 (amoníaco) H2CO (formaldehído)

CH3CH2OH (alcohol etílico)

C6H6

(benceno y similares)

NaCl (cloruro de sodio)

SO2

(dióxido de azufre)

NH2CH2COOH (Glicina)

¿Cómo detectamos las moléculas del Medio Interestelar?

Por procesos cuánticos emiten radiación

Atomo de Hidrógeno

Molécula que absorbe

¿Cómo vemos esta radiación?

Concluyendo …

Representación de la formación de una estrella

Explosión de Supernova

Muerte = Vida

Concluyendo …

Las estrellas producen todos los elementos conocidos

En las explosiones de SN se producen los elementos más pesados

El Medio Interestelar no está vacio. Hay moléculas muy complejas.

De todo lo que conocemos en nuestro planeta, en particular los seres vivos, sus componentes básicos se formaron en las estrellasy en el Medio Interestelar.

Parece ser que las semillas de la vida están diseminadas por todo el Universo.