Evolución química de nubes moleculares sometidas a ondas de choque

• Autores: Iglesias, Eduardo Roberto
• Año de publicación: 1978
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Silk, Joseph I.
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Diversos argumentos observacionales y teóricos señalan la posible existencia de Ondas de choque en nubes molecula res. Colisiones nube-nube, expansión de regiones HII, vientosestelares y colapso gravitatorio proveen, entre otros, posibles mecanismos generadores para dicho fenómeno. Las velocidades de propagación de las Ondas de choque asociadas a losmecanismos mencionados son, típicamente, comparables a 10km s-1 consecuentemente se puede despreciar la inyección de nuevas especies en la fase gaseosa por disrupción y descascarado de las partículas de polvo cósmico, y la disociación colisional de H2 y de la mayor parte de las restantes moléculas de interés astrofísico. Usando las ecuaciones de continuidad y de conservación de impulso y energía correspondientes al estado estacionario, se investigaron numéricamente las variables hidrodinámicas asociadas a una onda de choque unidimensional que se propaga con velocidad v0 = 10 km s-1 en una nube molecular de densidad n0(H2) = 10(4) cm-3 y temperatura T0 = 30K. Se investigaron los mecanismos de enfriamiento concluyéndose que éste se lleva acabo principalmente por emisión de radiación molecular proveniente de H2 excitado vibracional y rotacionalmente (T > 500 K), y de transiciones entre 82 niveles rotacionales del estado vibrónico fundamental de CO (T < 500 K). Para estudiar la química fuera de equilibrio que tiene lugar corriente abajo del frente de onda, se desarrolló un esquema que contiene aproximadamente doscientas reacciones, con las que se obtuvieron las ecuaciones cinéticas diferenciales correspondientes a 64 especies de interés, que fueron integradas simultáneamente con las ecuaciones hidrodinámicas. Asumiendo balance químico detallado, de acuerdo a lo indicado por investigaciones anteriores para densidades n0(H2) < 5x10(5) cm-3, se computaron las concentraciones iniciales. Similarmente se calcularon las concentraciones de equilibrio correspondientes a n(H2) = 10(6) cm-3 como guía para las abundancias asintóticas. Procesos que poseen energías de activación (algunos de ellos endotérmicos) dominan la evolución química en la región de altas temperaturas, en tanto que rápidas reacciones ion-molécula reestablecen el balance químico detallado en la región mas densa y fría. Se puede agrupar las conclusiones mas importantes como sigue: (a) el tiempo de enfriamiento hasta 30°K es de aproximadamente 500 años. (b) las concentraciones de varias moléculas particularmente estables (CO, N2, NH3, HCN y C02) no son modificadas por el pasaje de la onda de choque. Los principales reservorios de carbono (CO) y nitrógeno (N2) permanecen por lo tanto inalterados. Para densidades ambientales n0(H2) < 5x10(5) cm-3 y ondas de choque caracterizados por v0 < 15 km s-1, determinaciones observacionales en el infrarrojo del cociente n(CO)/2n(H2) proveerán eventualmente una medida directa (actualmente inexistente) de la abundancia gaseosa del carbono {C} / {H}, en nubes moleculares densas asociadas con regiones HII. (c) a diferencia de lo que ocurre con carbono y nitrógeno, el exceso de oxígeno sobre carbono, que en nubes frías se encuentra mayormente en forma atómica y molecular, es transformado por el pasaje de la onda de choque en vapor de agua, que pasa a constituir, junto a CO, una de las dos moléculas mas abundantes después de H2, en una escala de tiempo muy corta comparada con el tiempo de enfriamiento hasta 30 K. Este resultado es insensible a variaciones de 1a densidad y composición química inicial, y a variaciones de v0 en el rango ̴ 9-15 km s-1. La formación de importantes cantidades de vapor de agua en ondas de choque propulsadas por la expansión de regiones HII compactas podría estar vinculada a la frecuente asociación de máseres de H2O con dichas regiones. (d) En las ondas de choque estudiadas se sintetizan cantidades importantes de radicales formilo, recientemente de tectados en el medio interestelar. El modelo provee una interpretación cuantitativa de dichas observaciones. (e) El modelo produce cantidades de metano (x(CH4) ̴ 4x10-9) comparables a las observadas para otras moléculas interestelares. La reciente detección de metano interestelar es inconcluyente en cuanto a las densidades columnares involucradas, y no puede por lo tanto compararse con el resultado mencionado. (f) Las concentraciones de algunas especies relativamente abundantes en nubes moleculares (H2CO, CN, Hco+ y HN2+) disminuyen considerablemente por efecto de la onda de choque. (g) La escala de tiempo correspondiente al reestablecimiento del equilibrio químico detallado es del orden de 10(6) años, independientemente de la densidad, lo que indica laprobable importancia de procesos químicos fuera de equilibrio en las inmediaciones de las fronteras entre regiones HII y las nubes moleculares comunmente asociadas a dichas zonas.
Fil: Iglesias, Eduardo Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.