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La quimica de universo 23
Este documento resume la composición química del universo y cómo se formaron los elementos a través de la nucleosíntesis primordial y las reacciones nucleares en las primeras generaciones de estrellas. Explica que la mayoría del universo está compuesto de hidrógeno y helio, cuya proporción se determinó por las condiciones en los primeros minutos después del Big Bang. También introduce el concepto de materia oscura para explicar la diferencia entre la materia normal observable y la materia total en el universo.
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- 1. LA QUÍMICA DEL UNIVERSO Ms. Ing.Miguel Hurtado Gastañadui
- 2. INTRODUCCIÓ N Preguntas fundamentales... ¿De quéesta hecho el Universo? ¿Por qué? ¿Siempre ha sido igual? ¿Cómo ha evolucionado químicamente? ¿Y si fuera distinto?
- 3. INTRODUCCIÓN ¿De qué estahecho 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. 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. INTRODUCCIÓN Nuevas preguntas... ¿Por quécasi todo es Hidrógeno? ¿Por qué tanto Helio? ¿Por qué tan pocos elementos “normales”? Las respuestas... Remontemonos al pasado...
- 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. Punto de Partida 1ns 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. EL HORNO NUCLEARPRIMORDIAL 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. EL HORNO NUCLEARPRIMORDIAL Fusión del Deuterio: Deuterio + + Tritio + Tritio Helio-3 + Helio-3 + + + Helio-4 +
- 10. EL HORNO NUCLEARPRIMORDIAL 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. EL HORNO NUCLEARPRIMORDIAL ¿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. EL HORNO NUCLEARPRIMORDIAL 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. LA PRIMERA GENERACIÓNDE 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. REVELACIONES Proporción de elementosmás 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. REVELACIONES CONCLUSION: Cantidad deHelio nos dice cantidad de materia normal.. RESULTADO: Materia normal 10% materia total del Universo! CONCLUSIÓN: Existencia de material “exótica”! MATERIA OSCURA
- 21. REVELACIONES Una última reflexión... ¿Ysi 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. REVELACIONES ¿Qué produciría unacomposición 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
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