La quimica de universo 23

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


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......


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


Fusión del Deuterio:Fusión del Deuterio:

+Deuterio

+

Tritio +

Helio-3 +

Tritio+

Helio-3+

Helio-4+

+


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!


¿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)=


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)!


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


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


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


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))


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”!


MATERIA OSCURAMATERIA OSCURA


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


¿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!

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