Complejidad molecular en envolturas de estrellas evolucionadasestudio detallado de la emisión molecular de los objetos IK Tau, OH231.8 + 4,2 e IRC + 10216

Resumen

Las estrellas evolucionadas cuyas masas durante la secuencia principal estaban comprendidas aproximadamente entre 1 y 8 masas solares, como lo será nuestro Sol dentro de aproximadamente 4500 millones de años, son las principales responsables del enriquecimiento del medio interestelar. En la fase llamada rama asintótica de las gigantes, estas estrellas crean una envoltura a su alrededor que se forma debido a intensos procesos de pérdida de masa. Dichas envolturas están compuestas principalmente por granos de polvo y moléculas en fase gaseosa que experimentaran distintos procesos físico-químicos dando lugar a nuevas especies. Dado que las condiciones físicas en estos objetos se conocen de manera bastante precisa, resultan ser excelentes laboratorios para estudiar y comprender la complejidad molecular y la evolución química del Universo. Los procesos radiativos y colisionales que se dan en las envolturas de las estrellas evolucionadas pueden modificar el estado cuántico de las moléculas. En particular, a las temperaturas dadas (aproximadamente entre 2500 y 10 K), se producen numerosas transiciones del estado rotacional de las moléculas, que producen líneas espectrales de emisión detectables en el rango de longitud de onda milimétrico. Del análisis de estas líneas de emisión obtenemos información sobre la composición y propiedades de las envolturas. En esta tesis, se presentan los resultados obtenidos del estudio de la emisión molecular de tres envolturas circunestelares: IKTau, OH231.8+4.2 e IRC+10216. IKTau y OH231.8+4.2 son objetos ricos en oxígeno cuyas propiedades físicas están relativamente bien determinadas. Sin embargo, no se conoce el inventario molecular completo de ambas fuentes dado que hasta la fecha no han sido extensivamente estudiadas. IRC+10216 es una envoltura rica en carbono, que por sus características es la envoltura más estudiada del Universo. En el caso de las envolturas ricas en oxígeno, hemos llevado a cabo dos barridos espectrales en el rango milimétrico utilizando la antena de IRAM 30m y también observaciones de OH231.8+4.2 con el instrumento HIFI de Herschel. Este trabajo nos ha permitido obtener el inventario molecular, caracterizar las propiedades físicas de la emisión molecular, y determinar las abundancias de las moléculas presentes en ambos objetos. Respecto a IRC+10216, presentamos las primeras observaciones de alta resolución espacial obtenidas con ALMA además de otros resultados obtenidos con IRAM 30m. Los resultados obtenidos muestran que la química de los objetos ricos en oxígeno no es tan pobre como se podía anticipar. Hemos descubierto emisión de moléculas como HNCO, HNCS, HC3N, NO, o SO+, en la envoltura de OH231.8+4.2. También hemos descubierto líneas de emisión de H2CO, NS, o NO en IKTau, además de haber detectado por primera vez sin ambigüedad emisión de SO2 caliente (290 K) en la región más interna de la envoltura, lo que no se esperaba de acuerdo a los modelos químicos actuales. Nuestros estudios apoyan la idea de que la química de OH231.8+4.2 ha sido probablemente alterada debido a los choques de alta velocidad causados por la interacción entre el viento AGB lento y los vientos rápidos bipolares altamente colimados. En el caso de IRC+10216 hemos detectado líneas de emisión de SiS de niveles vibracionalmente excitados hasta v=7, que provienen de la región más interna y caliente de la envoltura. Mediante las observaciones con ALMA, hemos determinado también que el SiC2 es la molécula portadora de enlaces de Si-C más abundante (en fase gas) en la región de formación de polvo de IRC+10216, entre otros resultados. Nuestro trabajo servirá como futura referencia para los estudios de envolturas circunestelares de estrellas evolucionadas.