Química de moléculas orgánicas en regiones de formación de estrellas masivas

Resumen

La espectroscopía de las moléculas orgánicas, consideradas complejas desde un punto de vista interestelar cuando tienen más de 6 átomos, es la herramienta principal utilizada en este trabajo, tanto en el ámbito de laboratorio (en algunos casos con el laboratorio de espectroscopía molecular QUIFIMA-UVA), como en el observacional (con datos del telescopio de antena única de 30 m de IRAM, y en algunos casos, con los del interferómetro ALMA). La radioastronomía, necesita información de los laboratorios de espectroscopía molecular, para la caracterización e identificación de moléculas abundantes en las nubes moleculares del medio interestelar, en el caso concreto de este trabajo, la nube molecular asociada con Orión-KL. La temperatura de esta región de formación de estrellas masivas hace que se exciten los estados vibracionales más bajos de muchas de estas moléculas. Por lo tanto, además de isotopólogos, contamos con la detección de algunos de sus modos vibracionales. Esto ha sido posible gracias a las medidas en el dominio de las ondas milimétricas y submilimétricas realizadas durante mi estancia en el laboratorio de espectroscopía del Profesor José Luis Alonso de la Universidad de Valladolid. A partir de la información obtenida en el laboratorio, podemos afrontar el estudio de los estados vibracionalmente excitados que contribuyen con una gran cantidad de líneas rotacionales a nuestro espectro interestelar. Para ello, nos basamos en un grupo de familias de moléculas que contienen nitrógeno (CH3CH2CN y CH2CHCN) y otras que contienen oxígeno (CH3OCOH e isómeros; CH3OCOCH3 y CH3CH2OCOH; CH3CH2OCH3; CH3CH2CH2OH), con el fin de estimar las condiciones físico-químicas de la nebulosa de Orión-KL. En los casos en los que se dispone de datos de ALMA, se pueden establecer sub-componentes de la nube con una alta resolución espacial. Esto nos ofrece una valiosa información acerca de posibles mecanismos de formación/destrucción de moléculas interestelares, y nos define los parámetros físicos de cada sub-región de la nube, para modelizar las líneas de las moléculas detectadas con el radiotelescopio de 30 m de IRAM. El análisis astrofísico combinado con el análisis de laboratorio, ha permitido la detección interestelar de nuevos estados excitados por primera vez en Orión-KL: CH2CHCN v11=2,3; CH3CH2CN v12=1 y v20=1; CH3COOH, CH2OHCHO; trans-CH3CH2OCOH; y por primera vez en el espacio: CH2CHCN (v10=1),(v11=1,v15=1); CH3COOH vt=1,2; CH3OCOCH3; gauche- CH3CH2OCOH; trans-CH3CH2OCH3. Con todas las moléculas observadas y analizadas en esta tesis, aportamos un total de más de 9 600 características espectrales, contribuyendo a reducir el número de líneas sin identificar en el espectro de Orión-KL de manera muy significativa, y a inferir posibles rutas químicas para la formación de dichas moléculas. Este trabajo, ha permitido caracterizar el espectro de este prototipo de hot core, y tendrá una alta relevancia en la detección e identificación de líneas moleculares con ALMA en otras regiones de formación de estrellas masivas. Para el diagnóstico de la región de Orión-KL, es necesario obtener información acerca de la estructura y dinámica de la fuente, utilizar toda la información relevante obtenida en trabajos previos por otros autores, y emplear códigos de transferencia de radiación adecuados, para determinar las condiciones físico-químicas de la nube. Para ello, utilizaremos varias herramientas para interpretar la emisión observada en términos de propiedades físicas (códigos LVG, diagramas rotacionales; ver Cap. 2), así como la modelización de los procesos químicos responsables de la formación de las moléculas (ver Cap. 3). Asimismo, en este manuscrito abordamos la metodología tanto experimental (laboratorio) como observacional (radioastronomía), y el procedimiento de análisis astrofísico para moléculas orgánicas complejas con un espectro denso y poblado de líneas rotacionales que emergen de la nube y alcanzan nuestros radiotelescopios (ver Cap. 4). La nube molecular seleccionada, Orión-KL, es una región de formación de estrellas masivas cercana y referente para el tipo de moléculas tratadas en esta tesis. Finalmente, los artículos incluidos en este trabajo organizados por grupos de familias de moléculas conteniendo nitrógeno y oxígeno, componen la estructura principal de esta tesis con la finalidad de aportar un paso más en el conocimiento de las regiones de formación estelar masiva, y por ende, de la complejidad química en este tipo de regiones y, con ello, en el medio interestelar (ver Cap. 5).