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Lista de moléculas interestelares y circunestelares

Espectro infrarrojo de HH 46/47 (imagen insertada), con bandas vibracionales de varias moléculas marcadas en color

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

Fondo

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

Las moléculas que se enumeran a continuación se detectaron mediante espectroscopia astronómica . Sus características espectrales surgen porque las moléculas absorben o emiten un fotón de luz cuando realizan la transición entre dos niveles de energía molecular . La energía (y, por lo tanto, la longitud de onda ) del fotón coincide con la diferencia de energía entre los niveles involucrados. Las transiciones electrónicas moleculares ocurren cuando uno de los electrones de la molécula se mueve entre orbitales moleculares , lo que produce una línea espectral en las partes ultravioleta , óptica o infrarroja cercana del espectro electromagnético . Alternativamente, una transición vibracional transfiere cuantos de energía a (o desde) vibraciones de enlaces moleculares , lo que produce firmas en el infrarrojo medio o lejano . Las moléculas en fase gaseosa también tienen niveles rotacionales cuantizados , 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 rovibratoria cambia tanto el nivel de energía rotacional como el vibracional. Ocasionalmente, los tres ocurren juntos, como en la banda de Phillips de 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 vibracional, que a su vez se dividen nuevamente en ramas rotacionales . [2]

El espectro de una molécula particular está regido 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 flujo distribuido 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 causan 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 desplazamientos de isótopos .

Para detectar una nueva molécula interestelar o circunestelar es necesario identificar un objeto astronómico adecuado en el que sea probable su presencia y observarlo con un telescopio equipado con un espectrógrafo que funcione a la longitud de onda, la resolución espectral y la sensibilidad requeridas. La primera molécula detectada en el medio interestelar fue el radical metilidina (CH • ) en 1937, a través de 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 submilimétrica 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 las pequeñas moléculas lineales con un dipolo molecular alto . [3] La molécula más común en el Universo, 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 vibracionales a menudo no son específicas de una molécula individual, lo que permite identificar solo la clase general. Por ejemplo, las líneas vibracionales de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) se identificaron en 1984, [6] mostrando que la clase de moléculas es muy común en el espacio, [7] pero tomó hasta 2021 identificar cualquier HAP 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 a lo largo de 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 enumeradas a continuación se encontraron por primera vez en Sgr B2, y muchas de las otras se han detectado allí posteriormente. [10] Una fuente rica 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 la comprensión de cómo se forman estas moléculas y la explicación de sus abundancias. La densidad extremadamente baja del medio interestelar no es propicia para 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 tasas de reacción, o campos de radiación ultravioleta altos, que destruyen las moléculas a través de 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 superficie en polvo cósmico , la transferencia radiativa incluyendo la extinción interestelar y redes de reacción sofisticadas . [13] El uso de líneas moleculares para determinar las propiedades físicas de los objetos astronómicos se conoce como astrofísica molecular .

Moléculas

Las siguientes tablas enumeran las moléculas que se han detectado en el medio interestelar o en la 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, solo se ha detectado la forma ionizada. Las designaciones (nombres de las moléculas) son las utilizadas en la literatura científica que describe la detección; si no se proporcionó ninguna, ese campo se deja vacío. La masa se enumera 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 SiH 4 . [14] Las moléculas más grandes que eso tienen al menos un átomo de carbono, sin enlaces N−N u O−O. [14]

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

Diatómico (43)

La H+ 3El catión es uno de los iones más abundantes en el universo. Fue detectado 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)

El metano , el componente principal del gas natural , también se ha detectado 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)

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

Siete átomos (13)

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

Ocho átomos (14)

Nueve átomos (10)

Una serie de productos químicos derivados del poliino se encuentran entre las moléculas más pesadas que se encuentran en el medio interestelar.

Diez o más átomos (22)

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 han publicado pruebas de la existencia de las siguientes moléculas, pero los autores las describen como provisionales o han sido cuestionadas por otros investigadores. Están a la espera de una confirmación independiente.

Véase también

Referencias

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Notas

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

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