LA QUÍMICA

DEL

UNIVERSO

Ms. Ing. Miguel Hurtado Gastañadui
INTRODUCCIÓ
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Preguntas fundamentales...

¿De qué esta hecho el Universo?
¿Por qué?
¿Siempre ha sido igual?
¿Cómo ha evolu...
INTRODUCCIÓN
¿De qué esta hecho el Universo?...
Otros (O,C,Fe,etc.)
<1%
Materia Atómica
(bariónica)
Estrellas,personas,
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INTRODUCCIÓN
Composición de la “Escoria”...
Elemento

Oxigeno
Carbono
Nitrógeno
Neón
Hierro
Silicio
Magnesio
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INTRODUCCIÓN
Nuevas preguntas...
¿Por qué casi todo es Hidrógeno?
¿Por qué tanto Helio?
¿Por qué tan pocos elementos “norm...
EL PRIMER MINUTO: LA MATERIA
PRIMA

Detalles de la composición química fueron
determinados desde los primeros momentos...
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Punto de Partida

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BIG-BANG
1014 K

Materia Prima en equilibrio
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Protones y neutrones
1 ms
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EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
A temperatura suficientemente baja (3 minutos)...
protón
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Deuterio
FUSIÓN NUCLEAR

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EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
Fusión del Deuterio:
Deuterio

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+
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Tritio
Helio-3

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EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
Se fusiona el Helio?...

NO!

No hay elementos estables de 5 y 8 nucleones...
No fusión conven...
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
¿Cuánto Helio se forma? : ¿Cuántos neutrones hay
disponibles?...
1 neutrón por cada 7 protones...
EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL
5 minutos después del Big-Bang...
Temp ≈ 100 millones de grados
Composición : H, He, e, neutri...
LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
A partir de 5 minutos no pasa nada interesante en
Universo...
... pero... 250,000 años ...
LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
Nacen las primeras estrellas (mil millones de años)!
Se reinician los Juegos Artificial...
LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
Origen de los Átomos de la Vida

Estrellas de Masa mediana ( M > 1.5 M)...
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LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
Origen de los Átomos de la Vida

Estrellas de Masa mayor ( M > 2 M)...
Después de agot...
LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
Origen de los Átomos del Sistema Solar

Estrellas masivas ( M > 8 M)...
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LA PRIMERA GENERACIÓN DE
ESTRELLAS
Origen de los Átomos de la vida cotidiana

Producción de elementos por fusión termina e...
REVELACIONES
Proporción de elementos más importantes (H y He)
determinada por condiciones precisas en U primitivo

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REVELACIONES
CONCLUSION: Cantidad de Helio nos dice cantidad
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RESULTADO: Materia normal 10% materia tot...
REVELACIONES
Una última reflexión...
¿Y si la composición del universo fuera distinta?...
MÁS HIDRÓGENO

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¿Qué produciría una composición distinta?
Mayor equilibrio con antimateria en fase de aniquilación → Fusión d...
...materialmente...

EL FIN!
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La quimica de universo 23

  1. 1. LA QUÍMICA DEL UNIVERSO Ms. Ing. Miguel Hurtado Gastañadui
  2. 2. INTRODUCCIÓ N Preguntas fundamentales... ¿De qué esta hecho el Universo? ¿Por qué? ¿Siempre ha sido igual? ¿Cómo ha evolucionado químicamente? ¿Y si fuera distinto?
  3. 3. INTRODUCCIÓN ¿De qué esta hecho el Universo?... Otros (O,C,Fe,etc.) <1% Materia Atómica (bariónica) Estrellas,personas, Luna Materia no bariónica Galaxias, Cúmulos 40% 25% Planetas, lagartijas Helio Estrellas Hidrógeno 60% 75% Estrellas
  4. 4. INTRODUCCIÓN Composición de la “Escoria”... Elemento Oxigeno Carbono Nitrógeno Neón Hierro Silicio Magnesio Azufre Deuterio Abundancia 850 360 112 110 30 30 30 18 12
  5. 5. INTRODUCCIÓN Nuevas preguntas... ¿Por qué casi todo es Hidrógeno? ¿Por qué tanto Helio? ¿Por qué tan pocos elementos “normales”? Las respuestas... Remontemonos al pasado...
  6. 6. EL PRIMER MINUTO: LA MATERIA PRIMA Detalles de la composición química fueron determinados desde los primeros momentos... Reconstruyamos las primeras etapas del Universo!
  7. 7. Punto de Partida 1 ns BIG-BANG 1014 K Materia Prima en equilibrio 1 µs 1013 K Protones y neutrones 1 ms en equilibrio 1011 K Aniquilación Hadronización Neutrones en crisis! 1s 1010 K 1 min 109 K Segunda aniquilación Desintegración!
  8. 8. EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL A temperatura suficientemente baja (3 minutos)... protón neutrón Deuterio FUSIÓN NUCLEAR Deuterio: Primer Núcleo! Una vez se empieza a crear Deuterio otros procesos nucleares comienzan! NUCLEOSÍNTESIS PRIMORDIAL
  9. 9. EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL Fusión del Deuterio: Deuterio + + Tritio + Tritio Helio-3 + Helio-3 + + + Helio-4 +
  10. 10. EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL Se fusiona el Helio?... NO! No hay elementos estables de 5 y 8 nucleones... No fusión convencional (3 helio → Carbono) por baja densidad... Todos los productos de fusión primordial producen Helio! Todos los neutrones disponibles se unen al Helio
  11. 11. EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL ¿Cuánto Helio se forma? : ¿Cuántos neutrones hay disponibles?... 1 neutrón por cada 7 protones MHe MT Protones = Neutrones Hidrógeno Helio 4 (He) 12 (H) + 4 (He) = 1/4
  12. 12. EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL 5 minutos después del Big-Bang... Temp ≈ 100 millones de grados Composición : H, He, e, neutrinos, fotones (composición moderna) Adicionalmente: Algo de D y He-3 Si Universo solo pueda formar Helio... ¿Cómo se forman los demás elementos que conocemos?
  13. 13. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS A partir de 5 minutos no pasa nada interesante en Universo... ... pero... 250,000 años más tarde... Temperatura baja (3000 K) permite formación de átomos : electrones se unen a núcleos RECOMBINACIÓN Materia empieza a reunirse en “grumos”! Colapso de grumos forma primeros ladrillos galácticos!
  14. 14. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Nacen las primeras estrellas (mil millones de años)! Se reinician los Juegos Artificiales nucleares! Primeros efectos Fases de formación : Fusión del Deuterio! Estrellas livianas (M ≤ 1M) Fusión del Hidrógeno... 4 Hidrógeno → 1 Helio
  15. 15. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Origen de los Átomos de la Vida Estrellas de Masa mediana ( M > 1.5 M)... Fusión del Hidrógeno de manera particular... N H C N He C CICLO CN Resultado: Producción de NITROGENO
  16. 16. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Origen de los Átomos de la Vida Estrellas de Masa mayor ( M > 2 M)... Después de agotar Hidrógeno disponible... FUSIÓN DEL HELIO 3 Helio → 1 Carbono 4 Helio → 1 Oxigeno Así se forman CARBONO y OXÍGENO
  17. 17. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Origen de los Átomos del Sistema Solar Estrellas masivas ( M > 8 M)... Fusionan elementos que siguen al Carbono y el Oxígeno... Carbono → Oxígeno, Magnesio, Neón Oxígeno → Silicio, Azufre Silicio → Hierro, Níquel Así se producen algunos de los más abundantes elementos en planetas terrestres (Mg, Si, Fe, Ni)
  18. 18. LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Origen de los Átomos de la vida cotidiana Producción de elementos por fusión termina en el Hierro (y elementos vecinos)... ¿Cómo se forma el ORO, PLATA, ALUMINIO, URANIO...? Estrellas muy masivas ( M > 20 M)... Captura de neutrones: Neutrones Elemento Normal Elemento Pesado ... Desintegració n Elemento Pesado Elemento normal
  19. 19. REVELACIONES Proporción de elementos más importantes (H y He) determinada por condiciones precisas en U primitivo Factor más importante : Cantidad total de nucleones en el Universo!... Más nucleones → Más Helio! Aspecto muy interesante... Cantidad de Helio observada nos dice cantidad de nucleones en el Universo!... Nucleones parte principal de materia normal del Universo!...
  20. 20. REVELACIONES CONCLUSION: Cantidad de Helio nos dice cantidad de materia normal.. RESULTADO: Materia normal 10% materia total del Universo! CONCLUSIÓN: Existencia de material “exótica”! MATERIA OSCURA
  21. 21. REVELACIONES Una última reflexión... ¿Y si la composición del universo fuera distinta?... MÁS HIDRÓGENO Estrellas más longevas Más difícil formación de planetas ¿Vida? MÁS HELIO Estrellas menos longevas Estrellas mas luminosas y frías Planetas jovianos apariencia distinta
  22. 22. REVELACIONES ¿Qué produciría una composición distinta? Mayor equilibrio con antimateria en fase de aniquilación → Fusión deuterio tardía → + He Constantes de la naturaleza distinta → velocidad de desintegración del neutrón distinta Mayor número de partículas elementales → Mayor velocidad de expansión! → + He
  23. 23. ...materialmente... EL FIN!

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