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

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.

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

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

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

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

ITESM, 11/4/13 7

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)??

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

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

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

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

ITESM, 11/4/13 13 Colisiones

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 = cm y ~ 10,000 (T) 1/2 cm/s k(T) = A ~ cm 3 s -1 con T = 100 K y k(T) n(B) = una molécula por año !!

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

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 : cm 3 Masa de moléculas: 1,000 masas solares Más que suficiente para producir una nube gigante

ITESM, 11/4/13 17 Un modelo atómico

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

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

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

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

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

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

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

ITESM, 11/4/ k(T) = (T/300) e ( - / T )

ITESM, 11/4/13 26 Una región fotodisociada

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

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

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

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

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

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

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

ITESM, 11/4/13 34 El Rectángulo Rojo

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

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

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)

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

ITESM, 11/4/13 39 Estrellas gigantes

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)

ITESM, 11/4/ y la vida?

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

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

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

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)

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

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

ITESM, 11/4/13 48

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

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

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.

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.

ITESM, 11/4/13 53 Instalaciones en Morelia

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.

ITESM, 11/4/13 55 Más información en