Sergio Paron y Martín Ortega Instituto de Astronomía y Física del Espacio CONICET - UBA Adrogué 2011 El medio interestelar y la formación de estrellas

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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 agrupan en cúmulos Las galaxias se agrupan en cúmulos Los cúmulos se agrupan en supercúmulos Los cúmulos se agrupan en 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) Volviendo… nosotros vivimos en una típica galaxia espiral (Vía Láctea) años luz masas solares estrellas

La Vía Láctea: En una noche oscura vemos muchísimas estrellas y demás “estructuras extrañas” En una noche oscura vemos 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? Pero… ¿qué es? ¿qué hay? ¿está vacío? MIE: torr (1 torr = atm) Ultra alto vacío (laboratorio): – 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 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 nuestra Galaxia, se encuentra inmerso en un medio de baja densidad, no homogéneo, compuesto por gases y componentes sólidos. Todo en el Universo, en particular todo dentro de nuestra Galaxia, 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  moléculas por cm 3 MIE (en promedio): 1 átomo / molécula por cm 3 se puede llegar a 10 7 – 10 8 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. 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 luz de tamaño. Estructuras gaseosas de cientos y miles de años luz de tamaño.

Nube molecular gigante de Orion ~ 1500 años luz de distancia ~ cientos de años luz de tamaño ¿Qué procesos importantes ocurren 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 2H2H 3 He 4 He 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 pesados se sintetizan durante la explosión de Supernova

Todo lo que conocemos se generó en una estrella Cualquier átomo de nuestro cuerpo alguna vez estuvo dentro de una estrella Cualquier átomo de nuestro cuerpo alguna vez estuvo dentro de una estrella el calcio (Ca) de nuestros huesos Por ejemplo: el hierro (Fe) de nuestra sangre

Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7  átomos / moléculas cm -3 Agua: 3.34  moléculas cm -3 Altas densidadesmuchas reacciones químicas

Reacciones químicas características en nuestro planeta: Reacciones químicas características en nuestro planeta: A + B AB A + B C + AB AC + B (química neutra) Cloruro de Hidrógeno Su solución acuosa forma el Ácido clorhídrico

MIE (en promedio): 1 H 2 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 carga eléctrica) Colisiones con rayos cósmicos también pueden ionizar… Reacciones ion - molécula

Luego los iones, a través de su carga eléctrica, pueden fácilmente intervenir en cadenas muy grandes de reacciones. Luego los iones, a través de su carga eléctrica, pueden fácilmente intervenir en cadenas muy grandes de reacciones. C + UV  C + + e- H 2 + RC  H e- + RC + +

C + UV  C + + e- El C + se encuentra con alguna especie neutra: se atraen y se “juntan”

Ejemplo de una cadena de reacciones relativamente sencilla donde intervienen iones Ejemplo de una cadena de reacciones relativamente sencilla donde intervienen iones

Reacciones en las superficies de granos de polvo: Olivinas  Fosterita (Mg 2 SiO 4 ) el manto terrestre: olivina (Mg,Fe,Mn) 2 SiO 4 pueden actuar como catalizadores Granos de polvo

¿Cómo se forman los granos de polvo? En las capas exteriores de estrellas viejas ricas en O y C En las capas exteriores de estrellas viejas ricas en O y C En las explosiones de Supernova

H + H + grano  H 2 + 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 + C intercambio neutro: AB + C  BC + A asociación radiativa: A + B  AB + fotodisociación: + AB  A + B reacc. de 3 cuerpos: A + B + C  AB + C intercambio 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:

NH 3 (amoníaco) H 2 CO (formaldehido) CH 3 CH 2 OH (alcohol etílico) C 6 H 6 (benceno y similares) NaCl (cloruro de sodio) SO 2 (dióxido de azufre) NH 2 CH 2 COOH (Glicina) H 2 O (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 ~ 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 ˃ 10 7 cm -3 Temperaturas ˃ 60 K

Otro ejemplo: Emisión maser del OH a 1720 MHz masercomo un laser pero en ondas de radio Se necesitan altas densidades y choques fuertes para generar esta emisión. 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 se conocen más de 130 especies moleculares informan las condiciones físicas y químicas del medio informan las condiciones físicas y químicas del medio

Conocemos más de 130 moléculas interestelares

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… En el MIE se encuentra todo el material para formar estrellas, planetas y vida…