ITESM, 11/4/131

Astroquímica: moléculas en el Universo

Vladimir Escalante Ramírez

Centro de Radioastronomía y AstrofísicaUNAM, Campus Morelia

Congreso Click ChemistryITESM

Monterrey, NL

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Materia entre las estrellas

Entre las estrellas de la Galaxia hay gas y polvo—la 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 106 átomos por cm3 y su temperatura va de 10 a 10,000 oK.

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Ejemplos de nebulosas y nubesNGC3603, Brandner et al., 1999

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Más ejemplos de nebulosas y nubes(Barnard 68, FORS Team, 8.2 m VLT Antu, ESO

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Formando estrellas ...

Eagle nebula, NASA, ESA, STScI, J. Hester and P. Scowen, 1995

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... formando planetas ...

(NASA/JPL-Caltech)

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Moléculas en la materia interestelar

Hasta marzo de 2013 se habían detectado 175 moléculas en el medio interestelar y circumestelar.

H2 es la más abundante seguida del CO La más pesada es C70 (fullereno) Algunas moléculas interesantes:

H2O CH3COOH (ácido acético, alias vinagre) HCONH2 y CH3CONH2 (formamida y acetamida, enlaces

pépticos) H2NCH2COOH (glicina, un aminoácido)??

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Radiotelescopio de Nobeyama, 45m

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CO en la galaxia M83

Kuno 2007, PASJ, 59, 117

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Formando moléculas en la Tierra

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Formando moléculas en el espacio C+O2 CO2 no funciona en el medio interestelar (bajas

densidades y temperaturas) porque los átomos se repelen.

Baja densidad Alta densidad

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Colisiones

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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 = R2 con R = 10-8 cm y <v> ~ 10,000 (T)1/2 cm/s

k(T) = A <v> ~ 10-11 cm3 s-1 con T = 100 K

y k(T) n(B) = una molécula por año !!

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Una solución: iones

k ~ 10-9 cm3 s-1 o sea, una molécula por día !!

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Tiempos y tamaños útiles

Edad del Universo y la Galaxia: 13,800 millones de años

~ 5 billones de días

Tamaño de una nube típica : 1056 cm3

Masa de moléculas: 1,000 masas solares

Más que suficiente para producir una nube gigante

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Un modelo atómico

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Hidrocarbones (y otros)

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Cinética de una reacción

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A baja T necesitamos reacciones exotérmicas

Reacción exotérmica: ∆U < 0

Ej.: O+ + H2 OH+ + H

Reacción endotérmica: ∆U > 0

Ej.: C+ + H2 CH+ + H

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Algunas tipos de reacción

Ionización

X + fotón X+ + e-

H2 + rayo cósmico H2+ + e-

H2+ + H2 H3

+ + HH3

+ + C CH+ + H2

H3+ + N H2

+ + HH3

+ + O H+ + H2

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Algunas tipos de reacción

Fotodisociación (destrucción de moléculas)

XY + fotón X + Y Otras

H2+ + H2 NH3

+ + H

H3+ + H2 NH4

+ + H

NH4+ + e- NH3 + H

OH+ + H2 H2O+ + H H2O+ + H2

e- H2O

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Formando CO

C + luz estelar C+ + e- seguida deC+ + H2 CH2

+

CH2+ + e- CH + H

CH + O CO + H

¿Pero de dónde sacamos el H2?

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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/

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http://www.udfa.net/

k(T) = (T/300)e( - / T )

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Una región fotodisociada

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Millar et al., A&A, 325, 1163

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Formato metílico en Orión

Kobayashi et al. 2007 ApJL 657, L17

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Alcohol etílico en el centro de la Galaxia

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X 1028

Zuckerman et al., 1975, Ap. J. Lett, 196, L99

(de 750 ml)

ITESM, 11/4/1331

Construyendo moléculas

Anillo de benzeno: C6H6

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PAH’s: hidrocarbones policíclicos aromáticos

Coroneno

Criseno

ITESM, 11/4/1333

Identificando moléculas

Descubrimiento de los PAH's (hidrocarbonos policíclicos aromáticos) en el Rectángulo Rojo. Leger & Puget, 1984, A&A, 137, L5

ITESM, 11/4/1334

El Rectángulo Rojo

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c-C3H2 en un disco circumestelar(Qi et al., 2013, Ap. J. Lett., 765, L14)

Ciclopropenilideno

ITESM, 11/4/1336

Química del C en un disco circumestelar

ITESM, 11/4/1337

Composición del polvo

El polvo interestelar son granos de menos de 0.1 micras de carbón, sílice (SiO2), silicatos (SiO4), hierro, ... ?

Hay unos cuantos granos por cada 109 átomos en el gas.

Olivina (Mg,Fe)2SiO4

Olivina Mg2SiO4 del cometa Wild 2(Stardust, NASA)

ITESM, 11/4/1338Playa Puu Mahana, Hawaii, Yves Rubin

ITESM, 11/4/1339

Estrellas gigantes

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Catálisis de NH3 en Fe cristalino (proceso Haber)

N2 + 3H2 2NH3 (Premio Nobel 2007 a Gerhard Ertl)

ITESM, 11/4/1341

... y la vida?

ITESM, 11/4/1342

Formación de la vida a partir de materia inorgánica

Alexander Oparin (1894 - 1980)

ITESM, 11/4/1343

Experimento de Miller y Urey

ITESM, 11/4/1344

Metilamina en el espacio

Se han observado agua, CO2 y metilamina en el MIS

ITESM, 11/4/1345

Astroquímica en el laboratorio(Lee, et al., 2009, Ap.J., 697, 428)

Película de hielo de agua + CO2 + metilaminaCH3NH2)

CH3NH2 + luz UV (estelar) CH2NH2 + H*

CO2 + H* HOCO

CH2NH2 + HOCO NH2CH2COOH (glicina)

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¿Aminoácidos en el espacio?

Aminoácido: NH2CHRCOOH Lisina

ITESM, 11/4/1347

Hacia la vida: proteínas

ITESM, 11/4/1348

ITESM, 11/4/1349

Aminoácidos en meteoritos

Fragmento del meteorito de Murchison, 1969, contrita carbonácea

ITESM, 11/4/1350

Quiralidad de aminoácidos

Sólo en tejidos vivos En el laboratorio y meteoritos

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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.

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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.

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Instalaciones en Morelia

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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, 11/4/1355

Más información en

http://www.crya.unam.mx/web/posgrado/