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Lista de moléculas interestelares y circunestelares

Espectro infrarrojo de HH 46/47 (imagen en el recuadro), con bandas vibratorias de varias moléculas etiquetadas en color

Esta es una lista de moléculas que han sido detectadas en el medio interestelar y las envolturas circunestelares , agrupadas por el número de átomos que las componen . La fórmula química aparece para cada compuesto detectado, junto con cualquier forma ionizada que también se haya observado.

Fondo

Ejemplo idealizado del espectro rotacional (abajo) producido por transiciones entre diferentes niveles de energía rotacional (arriba) de una molécula lineal simple . es la constante de rotación de la molécula, es el número cuántico de rotación , es el nivel superior y es el nivel inferior.

Las moléculas que se enumeran a continuación fueron detectadas mediante espectroscopia astronómica . Sus características espectrales surgen porque las moléculas absorben o emiten un fotón de luz cuando pasan entre dos niveles de energía molecular . La energía (y por tanto la longitud de onda ) del fotón coincide con la diferencia de energía entre los niveles implicados. Las transiciones electrónicas moleculares ocurren cuando uno de los electrones de la molécula se mueve entre orbitales moleculares , produciendo una línea espectral en las partes ultravioleta , óptica o infrarroja cercana del espectro electromagnético . Alternativamente, una transición vibratoria transfiere cuantos de energía hacia (o desde) vibraciones de enlaces moleculares , produciendo firmas en el infrarrojo medio o lejano . Las moléculas en fase gaseosa también tienen niveles de rotación cuantificados , lo que lleva a transiciones en longitudes de onda de microondas o radio . [1]

A veces, una transición puede implicar más de uno de estos tipos de niveles de energía, por ejemplo, la espectroscopia rovibracional cambia tanto el nivel de energía rotacional como el vibratorio. Ocasionalmente, los tres ocurren juntos, como en la banda de Phillips del C 2 ( carbono diatómico ), en la que una transición electrónica produce una línea en el infrarrojo cercano, que luego se divide en varias bandas vibrónicas por un cambio simultáneo en el nivel vibratorio, que a su vez se dividen nuevamente en ramas rotacionales . [2]

El espectro de una molécula particular se rige por las reglas de selección de la química cuántica y por su simetría molecular . Algunas moléculas tienen espectros simples que son fáciles de identificar, mientras que otras (incluso algunas moléculas pequeñas) tienen espectros extremadamente complejos con flujos repartidos entre muchas líneas diferentes, lo que las hace mucho más difíciles de detectar. [3] Las interacciones entre los núcleos atómicos y los electrones a veces provocan una estructura hiperfina adicional de las líneas espectrales. Si la molécula existe en múltiples isotopólogos (versiones que contienen diferentes isótopos atómicos ), el espectro se complica aún más por los cambios de isótopos .

La detección de una nueva molécula interestelar o circunestelar requiere identificar un objeto astronómico adecuado donde sea probable que esté presente y luego observarlo con un telescopio equipado con un espectrógrafo que funcione a la longitud de onda, resolución espectral y sensibilidad requeridas. La primera molécula detectada en el medio interestelar fue el radical metilidino (CH • ) en 1937, mediante su fuerte transición electrónica a 4300 angstroms (en el óptico). [4] Los avances en la instrumentación astronómica han dado lugar a un número cada vez mayor de nuevas detecciones. A partir de la década de 1950, la radioastronomía comenzó a dominar las nuevas detecciones, y la astronomía sub-mm también adquirió importancia a partir de la década de 1990. [3]

El inventario de moléculas detectadas está muy sesgado hacia ciertos tipos que son más fáciles de detectar: ​​por ejemplo, la radioastronomía es más sensible a moléculas lineales pequeñas con un dipolo de alto peso molecular . [3] La molécula más común del Universo, el H 2 ( hidrógeno molecular ), es completamente invisible para los radiotelescopios porque no tiene dipolo; [3] sus transiciones electrónicas son demasiado energéticas para los telescopios ópticos, por lo que la detección de H 2 requirió observaciones ultravioleta con un cohete sonda . [5] Las líneas vibratorias a menudo no son específicas de una molécula individual, lo que permite identificar sólo la clase general. Por ejemplo, las líneas vibratorias de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) se identificaron en 1984, [6] lo que muestra que la clase de moléculas es muy común en el espacio, [7] pero fue necesario hasta 2021 para identificar cualquier PAH específico a través de sus líneas rotacionales. [8] [9]

La estrella de carbono CW Leonis . Las capas visibles de material circunestelar fueron expulsadas por la estrella central durante miles de años.

Una de las fuentes más ricas para detectar moléculas interestelares es Sagitario B2 (Sgr B2), una nube molecular gigante cerca del centro de la Vía Láctea . Aproximadamente la mitad de las moléculas que se enumeran a continuación se encontraron por primera vez en Sgr B2, y muchas de las otras se detectaron allí posteriormente. [10] Una rica fuente de moléculas circunestelares es CW Leonis (también conocida como IRC +10216), una estrella de carbono cercana , donde se han identificado alrededor de 50 moléculas. [11] No existe un límite claro entre los medios interestelares y circunestelares, por lo que ambos se incluyen en las tablas siguientes.

La disciplina de la astroquímica incluye comprender cómo se forman estas moléculas y explicar su abundancia. La densidad extremadamente baja del medio interestelar no favorece la formación de moléculas, lo que hace que las reacciones convencionales en fase gaseosa entre especies neutras (átomos o moléculas) sean ineficientes. Muchas regiones también tienen temperaturas muy bajas (normalmente 10 kelvin dentro de una nube molecular), lo que reduce aún más las velocidades de reacción, o campos de radiación ultravioleta elevados, que destruyen las moléculas mediante la fotoquímica . [12] Explicar las abundancias observadas de moléculas interestelares requiere calcular el equilibrio entre las tasas de formación y destrucción utilizando la química de iones en fase gaseosa (a menudo impulsada por rayos cósmicos ), la química de superficies en el polvo cósmico , la transferencia radiativa, incluida la extinción interestelar , y redes de reacción sofisticadas . [13] El uso de líneas moleculares para determinar las propiedades físicas de objetos astronómicos se conoce como astrofísica molecular .

Moléculas

Las siguientes tablas enumeran las moléculas que se han detectado en el medio interestelar o materia circunestelar, agrupadas por el número de átomos que las componen . Las moléculas neutras y sus iones moleculares se enumeran en columnas separadas; si no hay ninguna entrada en la columna de moléculas, sólo se ha detectado la forma ionizada. Las designaciones (nombres de moléculas) son las utilizadas en la literatura científica que describe la detección; si no se proporcionó ninguno, ese campo se deja vacío. La masa se indica en unidades de masa atómica . Las moléculas deuteradas , que contienen al menos un átomo de deuterio ( 2 H), tienen masas ligeramente diferentes y se enumeran en una tabla separada. El número total de especies únicas, incluidos los distintos estados de ionización, se indica en el encabezado de cada sección.

La mayoría de las moléculas detectadas hasta ahora son orgánicas . La única molécula inorgánica detectada con cinco o más átomos es el SiH 4 . [14] Todas las moléculas más grandes tienen al menos un átomo de carbono, sin enlaces N-N u O-O. [14]

El monóxido de carbono se utiliza frecuentemente para rastrear la distribución de masa en las nubes moleculares . [15]

Diatómica (43)

El h+ 3El catión es uno de los iones más abundantes del universo. Se detectó por primera vez en 1993. [56] [57]

Triatómico (44)

El formaldehído es una molécula orgánica que se encuentra ampliamente distribuida en el medio interestelar. [91]

Cuatro átomos (30)

También se ha detectado metano , el componente principal del gas natural , en cometas y en la atmósfera de varios planetas del Sistema Solar . [117]

Cinco átomos (20)

En el ISM, la formamida (arriba) puede combinarse con metileno para formar acetamida . [140]

Seis átomos (16)

Se han detectado acetaldehído (arriba) y sus isómeros , alcohol vinílico y óxido de etileno, en el espacio interestelar. [153]

Siete átomos (13)

La firma de radio del ácido acético , un compuesto que se encuentra en el vinagre , se confirmó en 1997. [162]

Ocho átomos (14)

Nueve átomos (10)

Varias sustancias químicas derivadas de polinos se encuentran entre las moléculas más pesadas que se encuentran en el medio interestelar.

Diez o más átomos (21)

Moléculas deuteradas (22)

Todas estas moléculas contienen uno o más átomos de deuterio , un isótopo más pesado del hidrógeno .

Sin confirmar (13)

En la literatura científica se ha informado sobre la existencia de las siguientes moléculas, pero los autores describen las detecciones como provisionales o han sido cuestionadas por otros investigadores. Esperan confirmación independiente.

Ver también

Referencias

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Notas

  1. ^ En la Tierra, el isótopo dominante del argón es 40 Ar, por lo que ArH + tendría una masa de 41 uma. Sin embargo, la detección interestelar fue del isotopólogo 36 ArH + , que tiene una masa de 37 uma.

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