la quimica de universo 23
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LA QUÍMICA DEL LA QUÍMICA DEL
Ms. Ing. Miguel Hurtado Gastañadui Ms. Ing. Miguel Hurtado Gastañadui
UNIVERSOUNIVERSO
INTRODUCCIÓINTRODUCCIÓNN
Preguntas fundamentales...Preguntas fundamentales...
¿De qué esta hecho el Universo?¿De qué esta hecho el Universo? ¿Por qué?¿Por qué? ¿Siempre ha sido igual?¿Siempre ha sido igual? ¿Cómo ha evolucionado químicamente?¿Cómo ha evolucionado químicamente? ¿Y si fuera distinto?¿Y si fuera distinto?
¿De qué esta hecho el Universo?...¿De qué esta hecho el Universo?...
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
40%
60%
Materia Atómica (bariónica)
Materia no bariónica
25%
75%
<1%
Hidrógeno
Helio
Otros (O,C,Fe,etc.)
Estrellas,personas,Luna
Galaxias, Cúmulos
Estrellas
Estrellas
Planetas, lagartijas
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
Composición de la “Escoria”...Composición de la “Escoria”...
OxigenoOxigeno
CarbonoCarbono
NitrógenoNitrógeno
NeónNeón
HierroHierro
SilicioSilicio
MagnesioMagnesio
AzufreAzufre
DeuterioDeuterio
850850
360360
112112
110110
3030
3030
3030
1818
1212
ElementoElemento AbundanciaAbundancia
Nuevas preguntas...Nuevas preguntas...
¿Por qué casi todo es ¿Por qué casi todo es HidrógenoHidrógeno?? ¿Por qué tanto ¿Por qué tanto HelioHelio?? ¿Por qué tan pocos elementos ¿Por qué tan pocos elementos
“normales”?“normales”?
Las respuestas... Las respuestas... Remontemonos al pasadoRemontemonos al pasado......
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
EL PRIMER MINUTO: LA MATERIA EL PRIMER MINUTO: LA MATERIA PRIMAPRIMA
Detalles de la composición química Detalles de la composición química fueron determinados desde los primeros fueron determinados desde los primeros momentos...momentos...
Reconstruyamos las Reconstruyamos las primeras etapasprimeras etapas del del Universo!Universo!
Desintegración!
Protones y neutrones en equilibrio
1013 K
1011 K
1010 K
109 K
1014 K
1 ns
1 s
1 ms
1 s
Punto de PartidaPunto de Partida
Aniquilación
Hadronización
Materia Prima en equilibrio
Neutrones en crisis!
Segunda aniquilación
1 min
BIG-BANG
A temperatura suficientemente baja (3 minutos)...A temperatura suficientemente baja (3 minutos)...
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIALEL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
protón
neutrón
Deuterio
FUSIÓN NUCLEARFUSIÓN NUCLEAR
Deuterio: Primer Núcleo!Deuterio: Primer Núcleo! Una vez se empieza a crear Deuterio Una vez se empieza a crear Deuterio
otros procesos nucleares comienzan!otros procesos nucleares comienzan!
NUCLEOSÍNTESISNUCLEOSÍNTESIS
PRIMORDIALPRIMORDIAL
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIALEL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
Fusión del Deuterio:Fusión del Deuterio:
+Deuterio
+
Tritio +
Helio-3 +
Tritio+
Helio-3+
Helio-4+
+
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIALEL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
Se fusiona el Helio?... Se fusiona el Helio?...
Todos los neutrones disponibles Todos los neutrones disponibles se unen al Heliose unen al Helio
NO!NO!
No hay elementos estables de 5 y 8 No hay elementos estables de 5 y 8 nucleones...nucleones...
No fusión convencional (3 helio No fusión convencional (3 helio Carbono) Carbono) por baja densidad...por baja densidad...
Todos los productos de fusión primordial Todos los productos de fusión primordial producen Helio!producen Helio!
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIALEL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
¿Cuánto Helio se forma? : ¿Cuántos neutrones ¿Cuánto Helio se forma? : ¿Cuántos neutrones hay disponibles?...hay disponibles?...
1 neutrón por cada 7 protones1 neutrón por cada 7 protones
NeutronesProtones
Hidrógeno Helio
= 1/4MHe
MT
4 (He)
12 (H) + 4 (He)=
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIALEL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
5 minutos después del Big-Bang...5 minutos después del Big-Bang... Temp Temp 100 millones de grados 100 millones de grados Composición : H, He, e, neutrinos, fotones (composición moderna)Composición : H, He, e, neutrinos, fotones (composición moderna) Adicionalmente: Algo de D y He-3Adicionalmente: Algo de D y He-3
Si Universo solo pueda formar Helio...Si Universo solo pueda formar Helio...
¿Cómo se forman los demás ¿Cómo se forman los demás elementos que conocemos?elementos que conocemos?
A partir de 5 minutos no pasa nada interesante A partir de 5 minutos no pasa nada interesante en Universo...en Universo...
... pero... 250,000 años más tarde...... pero... 250,000 años más tarde... Temperatura baja (3000 K) permite formación Temperatura baja (3000 K) permite formación
de átomos : electrones se unen a núcleosde átomos : electrones se unen a núcleos
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Materia empieza a reunirse en “grumos”!Materia empieza a reunirse en “grumos”!Colapso de grumos forma primeros ladrillos Colapso de grumos forma primeros ladrillos
galácticos!galácticos!
RECOMBINACIÓNRECOMBINACIÓN
Nacen las primeras estrellas (mil millones de años)!Nacen las primeras estrellas (mil millones de años)!
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Se reinician los Juegos ArtificialesSe reinician los Juegos Artificiales
nucleares!nucleares!
Fases de formación : Fusión del Deuterio!Fases de formación : Fusión del Deuterio! Estrellas livianas (M Estrellas livianas (M 1M 1M))
Fusión del Hidrógeno...Fusión del Hidrógeno...
Primeros efectosPrimeros efectos
4 Hidrógeno 4 Hidrógeno 1 Helio 1 Helio
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Origen de los Átomos de la VidaOrigen de los Átomos de la Vida
Estrellas de Masa mediana ( M > 1.5 MEstrellas de Masa mediana ( M > 1.5 M)...)...Fusión del Hidrógeno de manera particular... Fusión del Hidrógeno de manera particular...
N
NC
H He
C
CICLO CNCICLO CN
Resultado: Producción de Resultado: Producción de NITROGENONITROGENO
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Origen de los Átomos de la VidaOrigen de los Átomos de la Vida
Estrellas de Masa mayor ( M > 2 MEstrellas de Masa mayor ( M > 2 M)...)...DespuDespuéés de agotar Hidrógeno disponible...s de agotar Hidrógeno disponible...
3 Helio 3 Helio 1 Carbono 1 Carbono
4 Helio 4 Helio 1 Oxigeno 1 Oxigeno
FUSIÓN DEL HELIOFUSIÓN DEL HELIO
Así se forman Así se forman CARBONOCARBONO y y OXÍGENOOXÍGENO
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Origen de los Átomos del Sistema SolarOrigen de los Átomos del Sistema Solar
Estrellas masivas ( M > 8 MEstrellas masivas ( M > 8 M)...)...Fusionan elementos que siguen al Carbono y el Oxígeno...Fusionan elementos que siguen al Carbono y el Oxígeno...
Carbono Carbono Oxígeno, Magnesio, Neón Oxígeno, Magnesio, Neón
Oxígeno Oxígeno Silicio, Azufre Silicio, Azufre
Silicio Silicio Hierro, Níquel Hierro, Níquel
Así se producen algunos de los más abundantes Así se producen algunos de los más abundantes elementos en planetas terrestres (elementos en planetas terrestres (Mg, Si, Fe, NiMg, Si, Fe, Ni))
LA PRIMERA GENERACIÓN DE LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLASESTRELLAS
Origen de los Átomos de la vida cotidianaOrigen de los Átomos de la vida cotidiana
Producción de elementos por fusión termina en el Producción de elementos por fusión termina en el Hierro (y elementos vecinos)...Hierro (y elementos vecinos)...
¿Cómo se forma el ¿Cómo se forma el ORO, PLATA, ALUMINIO, ORO, PLATA, ALUMINIO, URANIOURANIO...?...?
Estrellas muy masivas ( M > 20 MEstrellas muy masivas ( M > 20 M)...)...
Captura de neutrones:Captura de neutrones:...NeutronesElemento
NormalElemento
Pesado
ElementoPesado
Elementonormal
Desintegración
Proporción de elementos más importantes (H y He) Proporción de elementos más importantes (H y He) determinada por condiciones precisas en U primitivodeterminada por condiciones precisas en U primitivo
Factor más importante : Cantidad total de Factor más importante : Cantidad total de nucleones en el Universo!...nucleones en el Universo!...
REVELACIONESREVELACIONES
Más nucleones Más nucleones Más Helio! Más Helio!
Aspecto muy interesante...Aspecto muy interesante... Cantidad de Helio observada nos dice cantidad de nucleones en Cantidad de Helio observada nos dice cantidad de nucleones en
el Universo!...el Universo!... Nucleones parte principal de materia normal del Universo!...Nucleones parte principal de materia normal del Universo!...
CONCLUSION:CONCLUSION: Cantidad de Helio nos dice Cantidad de Helio nos dice cantidad de materia normal..cantidad de materia normal..
RESULTADO:RESULTADO: Materia normal 10% materia total Materia normal 10% materia total del Universo!del Universo!
CONCLUSIÓN:CONCLUSIÓN: Existencia de material “exótica”! Existencia de material “exótica”!
REVELACIONESREVELACIONES
MATERIA OSCURAMATERIA OSCURA
REVELACIONESREVELACIONES
Una última reflexión... Una última reflexión... ¿Y si la composición del universo fuera distinta?...¿Y si la composición del universo fuera distinta?...
MÁS HIDRÓGENOMÁS HIDRÓGENO
Estrellas más longevasEstrellas más longevas Más difícil formación de planetasMás difícil formación de planetas ¿Vida?¿Vida?
MÁS HELIOMÁS HELIO
Estrellas menos longevasEstrellas menos longevas Estrellas mas luminosas y fríasEstrellas mas luminosas y frías Planetas jovianos apariencia distintaPlanetas jovianos apariencia distinta
REVELACIONESREVELACIONES
¿Qué produciría una composición distinta?¿Qué produciría una composición distinta?
Mayor equilibrio con antimateria en fase de aniquilación Mayor equilibrio con antimateria en fase de aniquilación Fusión deuterio tardía Fusión deuterio tardía + He+ HeConstantes de la naturaleza distinta Constantes de la naturaleza distinta velocidad de desintegración del neutrón distinta velocidad de desintegración del neutrón distintaMayor número de partículas elementales Mayor número de partículas elementales Mayor velocidad de expansión! Mayor velocidad de expansión! + He+ He
...materialmente...
EL FIN!