ITESM, 11/4/13 1 Astroquímica: moléculas en el Universo Vladimir Escalante Ramírez Centro de Radioastronomía y Astrofísica UNAM, Campus Morelia Congreso.

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1 ITESM, 11/4/13 1 Astroquímica: moléculas en el Universo Vladimir Escalante Ramírez Centro de Radioastronomía y Astrofísica UNAM, Campus Morelia Congreso Click Chemistry ITESM Monterrey, NL

2 ITESM, 11/4/13 2 Materia entre las estrellas Entre las estrellas de la Galaxia hay gas y polvola materia interestelar. Se observa por la absorción de la luz estelar y la emisión de luz propia. En algunos lugares se observan acumulaciones de materia interestelar en forma de nebulosas y nubes. La densidad del gas varía entre 1 y 10 6 átomos por cm 3 y su temperatura va de 10 a 10,000 o K.

3 ITESM, 11/4/13 3 Ejemplos de nebulosas y nubes NGC3603, Brandner et al., 1999

4 ITESM, 11/4/13 4 Más ejemplos de nebulosas y nubes (Barnard 68, FORS Team, 8.2 m VLT Antu, ESO

5 ITESM, 11/4/13 5 Formando estrellas... Eagle nebula, NASA, ESA, STScI, J. Hester and P. Scowen, 1995

6 ITESM, 11/4/13 6... formando planetas... (NASA/JPL-Caltech)

7 ITESM, 11/4/13 7

8 8 Moléculas en la materia interestelar Hasta marzo de 2013 se habían detectado 175 moléculas en el medio interestelar y circumestelar. H 2 es la más abundante seguida del CO La más pesada es C 70 (fullereno) Algunas moléculas interesantes: H 2 O CH 3 COOH (ácido acético, alias vinagre) HCONH 2 y CH 3 CONH 2 (formamida y acetamida, enlaces pépticos) H 2 NCH 2 COOH (glicina, un aminoácido)??

9 ITESM, 11/4/13 9 Radiotelescopio de Nobeyama, 45m

10 ITESM, 11/4/13 10 CO en la galaxia M83 Kuno 2007, PASJ, 59, 117

11 ITESM, 11/4/13 11 Formando moléculas en la Tierra

12 ITESM, 11/4/13 12 Formando moléculas en el espacio C+O 2 CO 2 no funciona en el medio interestelar (bajas densidades y temperaturas) porque los átomos se repelen. Baja densidad Alta densidad

13 ITESM, 11/4/13 13 Colisiones

14 ITESM, 11/4/13 14 Formando moléculas en el espacio Para una reacción T + B Z y n(T) = 1,000 cm -3 k(T) n(B) = # moléculas Z formadas por seg y k(T) n(B) n(T) = # moléculas Z formadas por seg por cm -3 Si los átomos fuesen esféras rigidas: A = R 2 con R = 10 -8 cm y ~ 10,000 (T) 1/2 cm/s k(T) = A ~ 10 -11 cm 3 s -1 con T = 100 K y k(T) n(B) = una molécula por año !!

15 ITESM, 11/4/13 15 Una solución: iones k ~ 10 -9 cm 3 s -1 o sea, una molécula por día !!

16 ITESM, 11/4/13 16 Tiempos y tamaños útiles Edad del Universo y la Galaxia: 13,800 millones de años ~ 5 billones de días Tamaño de una nube típica : 10 56 cm 3 Masa de moléculas: 1,000 masas solares Más que suficiente para producir una nube gigante

17 ITESM, 11/4/13 17 Un modelo atómico

18 ITESM, 11/4/13 18 Hidrocarbones (y otros)

19 ITESM, 11/4/13 19 Cinética de una reacción

20 ITESM, 11/4/13 20 A baja T necesitamos reacciones exotérmicas Reacción exotérmica: U < 0 Ej.: O + + H 2 OH + + H Reacción endotérmica: U > 0 Ej.: C + + H 2 CH + + H

21 ITESM, 11/4/13 21 Algunas tipos de reacción Ionización X + fotón X + + e - H 2 + rayo cósmico H 2 + + e - H 2 + + H 2 H 3 + + H H 3 + + C CH + + H 2 H 3 + + N H 2 + + H H 3 + + O H + + H 2

22 ITESM, 11/4/13 22 Algunas tipos de reacción Fotodisociación (destrucción de moléculas) XY + fotón X + Y Otras H 2 + + H 2 NH 3 + + H H 3 + + H 2 NH 4 + + H NH 4 + + e - NH 3 + H OH + + H 2 H 2 O + + H H 2 O + + H 2 e - H 2 O

23 ITESM, 11/4/13 23 Formando CO C + luz estelar C + + e - seguida de C + + H 2 CH 2 + CH 2 + + e - CH + H CH + O CO + H ¿Pero de dónde sacamos el H 2 ?

24 ITESM, 11/4/13 24 Bases de datos para astroquímica Base de datos de la Universidad de Manchester: 420 átomos y moléculas con elementos H, He, C, N, O, F, Na, Mg, Si, P, S, Cl y Fe 4563 reacciones http://www.udfa.net/

25 ITESM, 11/4/13 25 http://www.udfa.net/ k(T) = (T/300) e ( - / T )

26 ITESM, 11/4/13 26 Una región fotodisociada

27 ITESM, 11/4/13 27 Millar et al., A&A, 325, 1163

28 ITESM, 11/4/13 28 Formato metílico en Orión Kobayashi et al. 2007 ApJL 657, L17

29 ITESM, 11/4/13 29 Alcohol etílico en el centro de la Galaxia

30 ITESM, 11/4/13 30 X 10 28 Zuckerman et al., 1975, Ap. J. Lett, 196, L99 (de 750 ml)

31 ITESM, 11/4/13 31 Construyendo moléculas Anillo de benzeno: C 6 H 6

32 ITESM, 11/4/13 32 PAHs: hidrocarbones policíclicos aromáticos Coroneno Criseno

33 ITESM, 11/4/13 33 Identificando moléculas Descubrimiento de los PAH's (hidrocarbonos policíclicos aromáticos) en el Rectángulo Rojo. Leger & Puget, 1984, A&A, 137, L5

34 ITESM, 11/4/13 34 El Rectángulo Rojo

35 ITESM, 11/4/13 35 c-C 3 H 2 en un disco circumestelar (Qi et al., 2013, Ap. J. Lett., 765, L14) Ciclopropenilideno

36 ITESM, 11/4/13 36 Química del C en un disco circumestelar

37 ITESM, 11/4/13 37 Composición del polvo El polvo interestelar son granos de menos de 0.1 micras de carbón, sílice (SiO 2 ), silicatos (SiO 4 ), hierro,... ? Hay unos cuantos granos por cada 10 9 átomos en el gas. Olivina (Mg,Fe) 2 SiO 4 Olivina Mg 2 SiO 4 del cometa Wild 2 (Stardust, NASA)

38 ITESM, 11/4/13 38 Playa Puu Mahana, Hawaii, Yves Rubin

39 ITESM, 11/4/13 39 Estrellas gigantes

40 ITESM, 11/4/13 40 Catálisis de NH 3 en Fe cristalino (proceso Haber) N 2 + 3H 2 2NH 3 (Premio Nobel 2007 a Gerhard Ertl)

41 ITESM, 11/4/13 41... y la vida?

42 ITESM, 11/4/13 42 Formación de la vida a partir de materia inorgánica Alexander Oparin (1894 - 1980)

43 ITESM, 11/4/13 43 Experimento de Miller y Urey

44 ITESM, 11/4/13 44 Metilamina en el espacio Se han observado agua, CO 2 y metilamina en el MIS

45 ITESM, 11/4/13 45 Astroquímica en el laboratorio (Lee, et al., 2009, Ap.J., 697, 428) Película de hielo de agua + CO 2 + metilamina CH 3 NH 2 ) CH 3 NH 2 + luz UV (estelar) CH 2 NH 2 + H* CO 2 + H* HOCO CH 2 NH 2 + HOCO NH 2 CH 2 COOH (glicina)

46 ITESM, 11/4/13 46 ¿Aminoácidos en el espacio? Aminoácido: NH 2 CHRCOOH Lisina

47 ITESM, 11/4/13 47 Hacia la vida: proteínas

48 ITESM, 11/4/13 48

49 ITESM, 11/4/13 49 Aminoácidos en meteoritos Fragmento del meteorito de Murchison, 1969, contrita carbonácea

50 ITESM, 11/4/13 50 Quiralidad de aminoácidos Sólo en tejidos vivosEn el laboratorio y meteoritos

51 ITESM, 11/4/13 51 Maestría y doctorado en astronomía El posgrado en astronomía en la UNAM se imparte por: Institutos de Astronomía y Ciencias Nucleares en Ciudad Universitaria, D.F. Centro de Radioastronomía y Astrofísica, Morelia, Mich. Instituto de Astronomía, Ensenada, B.C. Otras instituciones: Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Tonanzintla, Pue. Universidades de Guadalajara y Guanajuato. Y otros posgrados en física.

52 ITESM, 11/4/13 52 Recursos para los estudiantes Becas de CONACYT para estudio de tiempo completo: $8,414/mes para maestría, $11,219/mes para doctorado. Becas para estudio en el extranjero (investigación de tesis) Cómputo de alto rendimiento. Cubículos para estudiantes en los centros de investigación 120 tutores para 75 estudiantes.

53 ITESM, 11/4/13 53 Instalaciones en Morelia

54 ITESM, 11/4/13 54 Líneas de investigación Medio interestelar. Formación de estrellas y discos protoplanetarios. Estrellas evolucionadas. Astronomía extragaláctica y cosmología. Radioastronomía. Astrofísica de altas energías. Turbulencia atmosférica e instrumentación astronómica. Astrofísica atómica y molecular.

55 ITESM, 11/4/13 55 Más información en http://www.crya.unam.mx/web/posgrado/