Estudio de la química de nubes oscuras

Resumen

Las nubes moleculares frías y oscuras son un importante laboratorio para la astroquímica, puesto que (aún) no contienen estrellas en su interior y sus propiedades físicas son menos complejas que en las nubes moleculares gigantes o en los núcleos calientes asociados a formación estelar masiva. Además las nubes oscuras presentan una gran riqueza molecular, que incluye largas cadenas de carbono y otras moléculas pesadas. Por tanto, comprender la química de estos objetos físicamente más simples nos ayudará a comprender la formación de las moléculas en el medio interestelar denso. Estas condensaciones son también objeto de gran interés por ser los futuros lugares de formación de estrellas poco masivas y sistemas planetarios como el nuestro. Recientes observaciones de cometas en ondas radio y en el infrarrojo han recogido importantes videncias de que estos cuerpos, fósiles de la nebulosa proto-solar, mantienen composiciones moleculares similares a las encontradas en nubes oscuras. Por tanto, la evolución química de estas regiones es importante para comprender los procesos iniciales de la materia interestelar en su evolución hacia la formación de planetas y, en última estancia, de la vida. Aunque se han realizado numerosos estudios de estas fuentes en algunas moléculas específicas, sólo los barridos espectrales permiten obtener una visión completa de su complejidad química, sus propiedades físicas y cinemáticas, y caracterizar el estado evolutivo de la nube a partir de las moléculas detectadas. Además, pueden revelar la presencia de otras especies moleculares inesperadas y así, proporcionar información complementaria para el estudio de los núcleos pre-estelares. Es importante poder establecer una relación entre las características químicas, las propiedades físicas y el estado evolutivo del objeto, lo que nos ayudará a comprender su evolución química. La comparación entre fuentes en diferentes estados de evolución nos permitirá estudiar los procesos químicos que ocurren durante la fase de colapso. Hasta la fecha se han realizado sólo dos barridos espectrales de estas fuentes, ambos en la nube oscura TMC-1, que es también una nube que se toma como prototipo para ajustar los modelos químicos. Sin embargo esta fuente parece ser muy peculiar, por lo que no nos estaría ofreciendo una visión general de la química de estas regiones. En este trabajo se presentan los resultados del primer barrido espectral realizado a 3 mm en cuatro nubes oscuras, las cuales se encuentran en diferentes estados de evolución hacia la formación de una o varias estrellas de baja masa. En el Capítulo 1 se introducen las nubes oscuras y se describen sus principales características, enfatizando su importancia como futuros lugares de formación estelar. También aquí se describen las componentes del medio interestelar, esto es, la componente molecular y el polvo interestelar, y se explican los principales procesos químicos que las involucran, prestando especial atención al caso de las nubes oscuras. Los resultados generales del barrido espectral se presentan en los Capítulos 2 y 3. En el primero de ellos se describen las fuentes observadas, los métodos de observación y las especies moleculares detectadas. En el Capítulo 3 se obtienen parámetros físicos como la temperatura rotacional, la densidad de columna y la abundancia relativa al hidrógeno molecular, de cada una de las moléculas observadas. El principal y más importante resultado de este trabajo es la detección de dos nuevas especies en dos de las nubes observadas, el tioformaldehído dos veces deuterado (D_2CS) y el propileno (CH_2CHCH_3). La primera de estas detecciones se describe en el Capítulo 4, donde además de presentar las líneas rotacionales observadas para las diferentes sustituciones isotópicas del tioformaldehído, se muestra el cálculo de nuevas frecuencias a partir de las observadas en el cielo. También en este estudio se observaron varias transiciones del formaldehído, para comparar el enriquecimiento en deuterio en ambas especies. En el Capítulo 5 se presenta la sorprendente detección del propileno, una especie altamente compleja y saturada para una nube fría y oscura. Además de calcular su densidad de columna y abundancia, en este capítulo se estudian los posibles caminos hacia la formación de esta molécula, que nunca se ha considerado en los modelos de química existentes. Esta detección demuestra que estos modelos, en concreto los basados en la química en fase gaseosa, no explican de manera satisfactoria la gran riqueza molecular que existe en las nubes oscuras. También se ha realizado un estudio sobre moléculas orgánicas complejas en nubes oscuras. Para ello observamos una de las nubes quiescentes y sin estrellas del barrido espectral, y otra nube en la que existe un objeto proto-estelar y un flujo bipolar extremadamente joven. El Capítulo 6 recoge las especies observadas y sus abundancias, en su mayor parte límites superiores, y se comparan con las observadas en regiones de formación estelar y en el centro galáctico, donde estas especies complejas son típicas. Este tipo de estudios es importante para poner a prueba los procesos químicos en fase gaseosa y de interacción gas-grano que pueden dar lugar a la formación de dichas especies moleculares. El Capítulo 7 recoge las principales conclusiones de este trabajo y los nuevos proyectos que vamos a emprender derivados de este estudio. El amplio campo abierto por este barrido espectral demuestra la importancia de este tipo de estudios y el camino que aún queda por recoger para comprender estas pequeñas regiones del medio interestelar. Por último, en los Apéndices se presentan brevemente los fundamentos físicos y procedimientos utilizados para obtener las propiedades físicas (densidades y temperaturas) obtenidas en este trabajo.