Jorge Zuluaga INTRODUCCIÓN
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- Aarón Pérez Miguélez
- hace 5 años
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1 LA QUÍMICA DEL UNIVERSO UNIVERSO Jorge Zuluaga Departamento de Física Universidad de Antioquia INTRODUCCIÓN Preguntas fundamentales... De qué esta hecho el Universo? Por qué? Siempre ha sido igual? Cómo ha evolucionado químicamente? Y si fuera distinto? 1
2 INTRODUCCIÓN De qué esta hecho el Universo?... <1% Materia Atómica (bariónica) Estrellas,personas, 40% 25% Luna Materia no bariónica 75% Galaxias, Cúmulos 60% Otros (O,C,Fe,etc.) Planetas, lagartijas Helio Estrellas Hidrógeno Estrellas INTRODUCCIÓN Composición de la Escoria... Elemento Oxigeno Carbono Nitrógeno Neón Hierro Silicio Magnesio Azufre Deuterio Abundancia
3 INTRODUCCIÓN Nuevas preguntas... Por qué casi todo es Hidrógeno? Por qué tanto Helio? Por qué tan pocos elementos normales? Las respuestas... Remontemonos al pasado... EL PRIMER MINUTO: LA MATERIA PRIMA Detalles de la composición ió química fueron determinados desde los primeros momentos... Reconstruyamos las primeras etapas del Universo! 3
4 Punto de Partida Aniquilación 1 ns Materia Prima en equilibrio 1 μs BIG-BANG K K Hadronización Protones y neutrones en equilibrio 1 ms K Neutrones en crisis! Segunda aniquilación 1 s K Desintegración! 1 min 10 9 K EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL A temperatura suficientemente baja (3 minutos)... protón Deuterio neutrón Deuterio: Primer Núcleo! FUSIÓN NUCLEAR Una vez se empieza a crear Deuterio otros procesos nucleares comienzan! NUCLEOSÍNTESIS PRIMORDIAL 4
5 EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL Fusión del Deuterio: Deuterio + + Tritio + Helio-3 + Tritio + Helio-3 + Helio 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 5
6 EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL Cuánto Helio se forma? : Cuántos neutrones hay disponibles?... ibl 1 neutrón por cada 7 protones M He M T = 4 (He) = 1/4 12 (H) + 4 (He) Protones Neutrones Hidrógeno Helio EL HORNO NUCLEAR PRIMORDIAL 5 minutos después del Big-Bang... 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? 6
7 LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS A partir de 5 minutos no pasa nada interesante en Universo pero ,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! LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Nacen las primeras estrellas (mil millones de años)! Primeros efectos Se reinician los Juegos Artificiales nucleares! Fases de formación : Fusión del Deuterio! Estrellas livianas (M 1M ) Fusión del Hidrógeno... 4 Hidrógeno 1 Helio 7
8 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 He CICLO CN C C N Resultado: Producción de NITROGENO LA PRIMERA GENERACIÓN DE ESTRELLAS Origen de los Átomos de la Vida Estrellas de Masa mayor ( M > 2 M )... Después s de agotar Hidrógeno disponible... FUSIÓN DEL HELIO 3 Helio 1 Carbono 4 Helio 1 Oxigeno Así se forman CARBONO y OXÍGENO 8
9 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) 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: Elemento Normal Neutrones... Elemento Pesado Elemento Pesado Desintegración Elemento normal 9
10 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!... 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 10
11 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 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 11
12 ...materialmente... EL FIN! 12
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