La Química de la Galaxia Sergio Ariel Paron Instituto de Astronomía y Física del Espacio CONICET - UBA Taller de Ciencia -- IAFE 2009

Hagamos un viaje imaginario Primero es necesario entender nuestro lugar en el Universo Hagamos un viaje imaginario por todo el Universo Planeta Tierra: nuestro pequeño hogar

6.000.000.000 km Sistema Solar Tierra

DATO PARA TENER EN CUENTA Un año luz es el recorrido que realiza un rayo de luz durante un año de viaje velocidad de la luz = 300.000 km/s 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!!!

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 agrupan en supercúmulos

Radio de 14 mil millones de años luz todo el Universo conocido

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 De lo que se puede ver, lo más abundante en el Universo son: Las estrellas hidrógeno (H) fusión nuclear helio (He) y de esta manera pueden vivir millones y millones de años....

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

Fusión nuclear Hidrógeno (H) 2H 3He Helio (He) 4He

Las estrellas de mayor masa (las más pesadas) realizan más procesos de fusión nuclear

Y así continuan con la fusión generando más elementos... PRESION GRAVEDAD Y así continuan con la fusión generando más elementos... cuando se acaba la fusión la estrella explota (Supernova)

explosión más catastrófica conocida en el universo Supernova explosión más catastrófica conocida en el universo luego de la explosión antes de la explosión Explosión de Supernova

Animación de una explosión de Supernova en el centro galáctico

libera muchísima energía libera todos los elementos que la estrella formó La explosión de Supernova genera nuevos elementos (más pesados) nubes interestelares nuevas estrellas Estos elementos liberados participarán en la formación de nuevos planetas posibles seres vivos

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

Los distintos elementos 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? El medio que se encuentra entre las 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 átomos moléculas granos de polvo

Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 x 1019 moléc. cm-3 Química en el Medio Interestelar Atmósfera terrestre (en promedio): 2.7 x 1019 moléc. cm-3 MIE (en promedio): 1 átomo de H cm-3 química compleja Ultra alto vacío (lab) 10-9 – 10-11 torr MIE 10-17 torr ¡¡gran cantidad de moléculas orgánicas!!

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 fácilmente intervenir en cadenas muy grandes de reacciones. H2 + RC  H2+ + e- + RC C + UV  C+ + e-

(el manto terrestre: olivina) Reacciones en las superficies de granos de polvo: ejem. importante: H + H + grano  H2 + grano pueden actuar como catalizadores Olivinas  Fosterita (el manto terrestre: olivina)

Reacciones de química neutra: asociación radiativa: A + B  AB + fotodisociación: + AB  A + B reacc. de 3 cuerpos: A + B + C  AB + C intercambio neutro: AB + C  BC + A Por lo gral. se necesitan distancias muy pequeñas entre los reactivos y energías elevedas. Reacciones importantes en ambientes de alta densidad.

Ejemplo de una cadena de reacciones relativamente sencilla

Moléculas en el Medio Interestelar se conocen alrededor de 130 especies moleculares Moléculas en el Medio Interestelar informan las condiciones físicas y químicas del medio ¿Cómo? Vayamos pensando…

Para hacer estudios astrofísicos y astroquímicos: es muy interesante comparar las regiones del espacio donde se encuentran estas moléculas con las de nuestro planeta. Por ejemplo: CO (monóxido de carbono) CH4 (metano) abundante (en gral.) en todas las nubes moleculares en las nubes más ocuras, regiones de nacimiento de estrellas

En nuestro planeta... ¿dónde hay CH4 y CO? ¿en qué reacciones intervienen? CH4 gas natural CO producto de la combustión inclompleta del CH4 VENENOSO Combustión completa: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + luz + calor Combustión incompleta: 3CH4 + 4O2 2CO + 6H2O + C + luz + calor

Para pensar (III) 1- ¿Por qué la detección de las moléculas nos informa sobre las condiciones del medio? 2- Buscar sustancias de nuestro planeta compuestas por las siguiente lista de moléculas, y en lo posible dar alguna reacción química en donde intervengan

NH3 (amoníaco) H2CO (formaldehído) NaCl (cloruro de sodio) CH3CH2OH (alcohol etílico) C6H6 (benceno y similares) NH2CH2COOH (Glicina) SO2 (dióxido de azufre)

¿Cómo detectamos las moléculas del Medio Interestelar? Por procesos cuánticos emiten radiación Atomo de Hidrógeno Molécula que absorbe

¿Cómo vemos esta radiación?

Representación de la formación Concluyendo … Explosión de Supernova Representación de la formación de una estrella 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 estrellas y en el Medio Interestelar. Parece ser que las semillas de la vida están diseminadas por todo el Universo.