El ciclo de la materia en el medio interstelarprocesamiento energético del polvo y el hielo

Resumen

El objetivo de esta tesis doctoral es el de profundizar en el conocimiento de los procesos que tienen lugar en el medio interestelar (MI) relacionados con el procesamiento energético de granos de polvo interestelares y los mantos de hielo que los recubren, y en particular, de los procesos de desorción inducida por fotones de las moléculas del hielo en las regiones frías del MI que son necesarios para explicar las abundancias de ciertas especies observadas en la fase gaseosa. En astrofísica no sólo se utilizan las observaciones astronómicas, sino que también se usan simulaciones experimentales en condiciones relevantes para la astrofísica y simulaciones teóricas para complementar la información obtenida a través de las observaciones y conseguir así un mejor entendimiento de los procesos que ocurren en el espacio en general y el MI en particular. Los resultados presentados en esta tesis han sido obtenidos combinando estas tres metodologías, aunque la astrofísica de laboratorio ha tenido un peso mayor. Tras los capítulos de introducción, en el capítulo 5 se presenta el estudio experimental del procesamiento por fotones UV de partículas análogas a los granos de polvo carbonáceos que se encuentran en el MI, a distintas temperaturas. La irradiación produce la formación de moléculas de H2 que luego difunden a través de las partículas y pasan a la fase gaseosa. Este proceso está controlado por el coeficiente de difusión, cuya dependencia con la temperatura fue el objeto de estudio, obteniéndose una energía de activación de 1660 K. Es en la superficie de estos granos de polvo donde se forman los mantos de hielo en las regiones más frías y más densas del MI. En el capítulo 6 se demuestra que las condiciones en las que se forman los hielos de CO afectan a las energías de enlace entre las moléculas, y por tanto a la morfología de los mismos. Sin embargo, las diferencias se desvanecen cuando los hielos son calentados. Los capítulos 7 -10 están dedicados al procesamiento con fotones UV de los mantos de hielo, prestando especial atención a los procesos de desorción inducidos por los fotones, que constituyen el núcleo de la tesis. En el capítulo 8 se estudia la irradiación de un hielo puro de CO2. Gracias a la combinación del espectrómetro IR (que observa la composición del hielo) y el cuadrupolo de masas (que monitoriza el gas) se pudo obtener una cuantificación completa de los procesos fotoquímicos y de fotodesorción. En los capítulos 9 y 10 se usaron un hielo puro de etanol, y una mezcla binaria rica en agua con moléculas de metano, más realista para explorar la posible formación (a temperaturas muy bajas en torno a 8 K) y la consiguiente desorción de moléculas de metanol y otras especies relacionadas. La formación de metanol sólo se produjo durante la irradiación de la mezcla binaria, pero no se detectó su fotodesorción. A pesar de todo se observó que la fotodesorción de otros fotoproductos puede seguir dos patrones distintos a medida que aumenta el tiempo de irradiación, según el mecanismo a través del es inducida la fotodesorción. En el capítulo 11 se estudia, por otro lado, el procesamiento térmico de un análogo de hielo más realista aún: una mezcla rica en agua formada por un total de 5 componentes. Durante los experimentos se observó que una parte de las moléculas se queda atrapada en la estructura del hielo, y desorbe posteriormente en tres etapas: co-desorbiendo con metanol, desorbiendo justo después del cambio de fase de agua amorfa a agua cristalina cúbica, y co-desorbiendo finalmente con el agua. Por último, en los capítulos 12 y 13 se presentan osbervaciones realizadas con el radio telescopio APEX 12-m, y el interferómetro ALMA con las que no se pudo confirmar la presencia de H2S2, HS2 y S2 (que se piensa que se forman en los mantos de hielo y desorben posteriormente) pero sí del CH3NCO, una molécula de interés prebiótico.