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La Química de la Galaxia
Sergio Ariel Paron
Instituto de Astronomía y Física del Espacio
CONICET - UBA
Taller de Ciencia -- IAFE 2009
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?
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...
cuando se acaba la fusión
la estrella explota (Supernova)
Supernova
explosión más catastrófica conocida en
el universo
Explosión de Supernova
luego de la explosión
antes de la explosión
Animación de una explosión de Supernova en
el centro galáctico
libera muchísima energía
La explosión de Supernova
libera todos los elementos que
la estrella formó
genera nuevos elementos
(más pesados)
nubes interestelares
nuevas estrellas
Estos elementos liberados
participarán en la formación de
nuevos planetas
posibles seres vivos
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?
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 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
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:
H2 + RC  H2+ + e- + RC
C + UV  C+ + e-
Luego los iones, a través de su carga eléctrica, pueden fácilmente
intervenir en cadenas muy grandes de reacciones.
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
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
Combustión incompleta: 3CH4 + 4O2
CO2 + 2H2O + luz + calor
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)
CH3CH2OH
(alcohol etílico)
NaCl
(cloruro de sodio)
SO2
(dióxido de azufre)
H2CO (formaldehído)
C 6H 6
(benceno y similares)
NH2CH2COOH
(Glicina)
¿Cómo detectamos las moléculas del Medio Interestelar?
Por procesos cuánticos
emiten radiación
Molécula que absorbe
Atomo de Hidrógeno
¿Cómo vemos esta radiación?
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.