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Plasma, Nebulosas, Gases, elementos, moléculas.

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (2)

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Plasma, ese otro estado de la Materia (el cuarto dicen) que, según sabemos, resulta ser el más abundante del Universo. Todos desde pequeños aprendimos aquellos tres estados de la materia que cantábamos en el patio del centro educativo durante el recreo, donde todos a una gritábamos como papagayos: “Sólido, líquido y gaseoso”. Nada nos decían del Plasma, ese estado de la materia que, en realidad, cubre el 99% de toda la materia en nuestro Universo (bueno, hablamos de la materia conocida, esa que llamamos bariónica y está formada por átomos de Quarks y Leptones). Sospecho que hay otros estados de la materia que nos son desconocidos, o, que puede existir alguna clase de materia que no hemos podido localizar hasta el momento.

            Filamentos de plasma en los remanentes de Supernovas

alquimiayciencias: El Universo y la Mente...El Universo podría estar lleno de «grietas» en el espacio-tiempo, y los  científicos las están buscando - PDM Productos Digitales Móviles

 

“Ylem o hylem (forma aumentativa de la palabra griega ὑλη [hylé] = materia) es el nombre dado por Aristóteles a la que consideraba sustancia fundamental de la cual procedería todo ente de materia.”

 

Según la energía de sus partículas, los plasmas constituyen el cuarto estado de agregación de la materia, tras los sólidos, líquidos y gases. Para cambiar de uno al otro, es necesario que se le aporte energía o que disminuya o aumente la temperatura. Si aumentamos de manera considerable la temperatura de un gas, sus átomos o moléculas adquieren energía suficiente para ionizarse al chocar entre sí. de modo que a ~ 20.000 K muchos gases presentan una ionización elevada. Sin embargo, átomos y moléculas pueden ionizarse también por impacto electrónico, absorción de fotones, reacciones químicas o nucleares y otros procesos.

Aquí podemos contemplar una enorme región ionizada en la Nebulosa del Pelícano. Estrellas nuevas emiten potente radiación ultravioleta que ataca el espesor de la Nebulosa molecular y hace que, el gas se ionice fuertemente creando una luminosidad que “viste” de azul claro todo el contorno que circunda el radio de acción de las estrellas.

Un plasma es un gas muy ionizado, con igual número de cargas positivas y negativas. Las cargas otorgan al Plasma un comportamiento colectivo, por las fuerzas de largo alcance existente entre ellas. En un gas, cada partícula, independientemente de las demás, sigue una trayectoria rectilínea, hasta chocar con otra o con las grandes paredes que la confinan. En un plasma, las cargas se desvían atraídas o repelidas por otras cargas o campos electromagnéticos externos, ejecutando trayectorias curvilíneas entre choque y choque. Los gases son buenos aislantes eléctricos, y los plasmas, buenos conductores.

En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera (ver trabajo más abajo), donde produce el fenómeno denominado aurora.

Recrean plasma existente en el universo tras el Big Bang

               En aquellos primeros momentos el plasma era lo que prevalecía como materia cósmica primera

 

“Las partículas del gas no tienen tiempo de recombinarse. La presencia de partículas ionizadas (electrones, protones) se da en el espacio, por ejemplo. –O sea que el universo es un plasma. –El 99,99 por ciento de la materia visible del universo está en estado de plasma: el Sol, las estrellas, la materia interestelar…”

Así que, aunque escasos en la Tierra, el Plasma constituye la materia conocida más abundante del Universo, más del 99%. Abarcan desde altísimos valores de presión y temperatura, como en los núcleos estelares, hasta otros asombrosamente bajos en ciertas regiones del espacio. Uno de sus mayores atractivos es que emiten luz visible, con espectros bien definidos, particulares en cada especie. Algunos objetos radiantes, como un filamento incandescente, con espectro continuo similar al cuerpo negro, o ciertas reacciones químicas productoras de especies excitadas, no son plasmas, sin embargo, lo son la mayoría de los cuerpos luminosos.

http://www.ciberdroide.com/wordpress/wp-content/uploads/filamento.jpg

                            Bombilla de incandescencia

Los Plasmas se clasifican según la energía media (o temperatura) de sus partículas pesadas (iones y especies neutras). Un primer tipo son los Plasmas calientes, prácticamente ionizados en su totalidad, y con sus electrones en equilibrio térmico con las partículas más pesadas. Su caso extremo son los Plasmas de Fusión, que alcanzan hasta 108 K, lo que permite a los núcleos chocar entre sí, superando las enormes fuerzas repulsivas inter-nucleares, y lograr su fusión. Puede producirse a presiones desde 1017 Pa, como en los núcleos estelares, hasta un Pa, como en los reactores experimentales de fusión.

Alcator C-Mod tokamak | Research | MIT Plasma Science and Fusion Center

Alcator C-Mod tokamak | Research | MIT Plasma Science and Fusion Center

Foto: Plasma Science and Fusion Center

Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.

Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina “modo” de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.

PLASMAS | www-revista.iaa.esPLASMAS | www-revista.iaa.esGAMES WORKSHOP Warhammer 40000 Conductos de Plasma térmicos en Miniatura  990000: Amazon.es: Juguetes y juegos

Otros Plasmas son los llamados térmicos, con e ~lectrones y especies pesadas en equilibrio, pero a menor temperatura ~ 103 – 104 K, y grados de ionización intermedios, son por ejemplo los rayos de las tormentas o las descargas en arcos usadas en iluminación o para soldadura, que ocurren entre 105 y ~ 10Pa. Otro tipo de Plasma muy diferente es el de los Plasmas fríos, que suelen darse a bajas presiones ( < 102 Pa), y presentan grados de ionización mucho menores ~ 10-4 – 10-6. En ellos, los electrones pueden alcanzar temperaturas ~ 105 K, mientras iones y neutros se hallan a temperatura ambiente. Algunos ejemplos son las lámparas de bajo consumo y los Plasmas generados en multitud de reactores industriales para producción de películas delgadas y tratamientos superficiales.

SincNebulosa de OriónComprobados todos los instrumentos del observatorio espacial Herschel |  Microsiervos (Ciencia)EL OBSERVATORIO ESPACIAL HERSCHEL

La tecnología nos acerca a regiones muy lejanas y nos cuenta lo que allí existe. Estos hallazgos están situados a 1.344 años luz de nuestro Sistema solar, la familiar Nebulosa de Orión que guarda muchos secretos que tratamos de desvelar.

Nebulosas : Blog de Emilio Silvera V.

El Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha puesto de manifiesto las moléculas orgánicas que son la llave para la vida en la Nebulosa de Orión, una de las regiones más espectaculares de formación estelar en nuestra Vía Láctea. Este detallado espectro, obtenido con el Instrumento Heterodino para el Infrarrojo Lejano (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI) es una primera ilustración del enorme potencial de Herschel-HIFI para desvelar los mecanismos de formación de moléculas orgánicas en el espacio. Y, para que todo eso sea posible, los Plasmas tienen que andar muy cerca.

Se descubren moléculas orgánicas en un sistema solar en formación: no somos  especialesDetectan en el espacio interestelar una molécula orgánica con olor a  almendrasDescubren una molécula esencial para la vida en el centro de la Vía LácteaBUCM :: BlogQuimia :: Biblioteca ComplutenseAstrónomos detectan una molécula orgánica compleja en el espacio  interestelar | Ciencia y tecnología | Cadena SER

En los Plasmas calientes de precursores moleculares, cuanto mayor es la ionización del gas, más elevado es el grado de disociación molecular, hasta poder constar solo de electrones y especies atómicas neutras o cargadas; en cambio, los Plasmas fríos procedentes de especies moleculares contienen gran proporción de moléculas y una pequeña parte de iones y radicales, que son justamente quienes proporcionan al Plasma su característica más importante: su altísima reactividad química, pese a la baja temperatura.

Rho Ophiuchi

En la Naturaleza existen Plasmas fríos moleculares, por ejemplo, en ciertas regiones de las nubes interestelares y en las ionosfera de la Tierra y otros planetas o satélites. Pero también son producidos actualmente por el ser humano en gran variedad para investigación y multitud de aplicaciones.

En un número de la Revista Española de Física dedicado al vacío, el tema resulta muy apropiado pues no pudieron generarse Plasmas estables en descargas eléctricas hasta no disponer de la tecnología necesaria para mantener presiones suficientemente bajas; y en el Universo, aparecen Plasmas fríos hasta presiones de 10 ⁻ ¹⁰ Pascales, inalcanzable por el hombre.

foto

Lo que ocurre en las Nubes moleculares es tan fantástico que, llegan a conseguir los elementos necesarios para la vida prebiótica que, más tarde situados en el planeta y ambiente adecuados,  tras cumplirse las reglas y cubrir los parámetros adecuados, dan lugar al surgir de la vida.

El papel de las moléculas en Astronomía se ha convertido en un área importante desde el descubrimiento de las primeras especies poliatómicas en el medio interestelar. Durante más de 30 años, han sido descubiertas más de 150 especies moleculares en el medio interestelar y gracias al análisis espectral de la radiación. Muchas resultan muy exóticas para estándares terrestres (iones, radicales) pero buena parte de estas pueden reproducirse en Plasma de Laboratorio. Aparte del interés intrínseco y riqueza de procesos químicos que implican, estas especies influyen en la aparición de nuevas estrellas por su capacidad de absorber y radiar la energía resultante del colapso gravitatorio, y de facilitar la neutralización global de cargas, mucho más eficientemente que los átomos.

Que hay de nuevo acerca del origen de la vidaDetectado amonio en el espacio por primera vez | Cosmo Noticias

Su formación en el espacio comienza con la eyección de materia al medio interestelar por estrellas en sus últimas fases de evolución y la transformación de éstas por radiación ultravioleta, rayos cósmicos y colisiones; acabando con su incorporación a nuevas estrellas y Sistemas planetarios, en un proceso cíclico de miles de millones de años.

En las explosiones supernovas se producen importantes transformaciones en la materia que, de simple se transforma en compleja y dan lugar a todas esas nuevas especies de moléculas que nutren los nuevos mundos en los que podemos encontrar elementos como el oro y el platino que han sido creados en sucesos de una magnitud aterradora donde las fuerzas desatadas del Universo han quedado sueltas para transformarlo todo.

Región H II - Wikipedia, la enciclopedia librePlasma, Nebulosas, Gases, elementos, moléculas. : Blog de Emilio Silvera V.Nebulosas de gases y de polvos — Astronoo

El H₂ y otras moléculas diatómicas homo-nucleares carecen de espectro rotacional. Detectando las débiles emisiones cuadru-polares del H₂ en infrarrojo, se ha estimado una proporción de H₂ frente a H abrumadoramente alto ( ~ 104) en Nubes Interestelares con densidades típicas de ~ 10partículas /cm3; pero dada la insuficiente asociación radiactiva del H para formar H2, ya mencionada, el H2 debe producirse en las superficies de granos de polvo interestelar de Carbono y Silicio, con diámetros ~ 1 nm — μm, relativamente abundantes en estas nubes.

Experimentos muy recientes de desorción programada sobre silicatos ultra-fríos, demuestran que tal recombinación ocurren realmente vía el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, si bien los modelos que expliquen las concentraciones de H2 aún deben ser mejorados.

Por otro lado, ciertas regiones de las nubes en etapas libres de condensación estelar presentan grados de ionización ~ 10-8 – 10-7 a temperaturas de ~ 10 K. La ionización inicial corresponde principalmente al H2 para formar H2 +, que reacciona eficientemente con H2, dando H3 + + H (k = 2• 10-9 cm3 • s-1.

El H3, de estructura triangular, no reacciona con H2 y resulta por ello muy “estable” y abundante en esas regiones de Nebulosas interestelares, donde ha sido detectado mediante sus absorciones infrarrojas caracterizadas por primera vez en 1980 en descargas de H2 en Laboratorio.

Orión en gas, polvo y estrellas

La constelación de Orión contiene mucho más de lo que se puede ver, ahí están presentes los elementos que como el H2 que venimos mencionando, tras procesos complejos y naturales llegan a conseguir otras formaciones y dan lugar a la parición de moléculas significativas como el H2O o HCN y una gran variedad de Hidrocarburos, que podrían contribuir a explicar en un futuro próximo, hasta el origen de la vida.

 Longitud de Onda (Definición y Ejemplos) - Mundo MicroscopioCaracterísticas de las ondas: Frecuencia, Periodo, Longitud de onda y  rapidez de propagación - YouTube

La detección por espectroscopia infrarroja de COH+ y N2H+, formados en reacciones con H3 + a partir de CO y N2, permite estimar la proporción de N2/CO existente en esas regiones, ya que el N2 no emite infrarrojos. Descargas de H2 a baja presión con trazas de las otras especies en Laboratorio conducen casi instantáneamente a la aparición de tales iones y moléculas, y su caracterización puede contribuir a la comprensión de este tipo de procesos.

Así amigos míos, hemos llegado a conocer (al menos en parte), algunos de los procesos asombrosos que se producen continuamente en el Espacio Interestelar, en esa Nebulosas que, captadas por el Hubble u otros telescopios, miramos asombrados maravillándonos de sus colores que, en realidad, llevan mensajes que nos están diciendo el por qué se producen y que elementos son los causantes de que brillen deslumbrantes cuando la radiación estelar choca de lleno en esas nubes en la que nacen las estrellas y los nuevos mundos…y, si me apurais un poco, también la vida.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 28 de mayo del 2021 a las 9:16

    Lo cierto es que, la Historia de la Vida, se comenzó a fraguar en aquella estrella que agotó su combustible nuclear de fusión, eyectó al Espacio Interestelar el material contenido en sus capas exteriores para formar una inmensa y hermosa Nebulosa molecular gigante, y, pasados algunos miles de millones de años, aquel material evolucionado que formado por los distintos elementos interaccionaron los unos con los otros y se conformaron las moléculas, los  ácidos, las sustancias químicas que hicieron posible la aparición de aquellas primeras células replicantes que fueron el origen de la Vida.

    ¡Sin las estrellas no estaríamos aquí!

    De aquellos materiales (de aquella materia), se formarían los mundos que, orbitaron al Sol y se formó el Sistema Solar, en el que, el Tercer planeta a partir de la estrella, vino a situarse en la zona habitable (ni mucho calor ni mucho frío), a una distancia de 150 millones de kilómetros que hacía posible la presencia del agua líquida, elemento esencial para la Vida.

    Todo, al principio era sencillo, y prevalecía el Hidrógeno, ese elemento simple de un sólo protón y un único electrón. En la gran Nebulosa molecular gigante se formaron anomalías gravitatorias que dieron lugar al nacimiento de proto-estrellas que consiguieron entrar en la secuencia principal, y, en lo que al Sol se refiere, desde aquel primer momento en el que inició la fusión, hace ahora unos 5.000 millones de años, ha venido fusionando 600 millones de toneladas de Hidrógeno cada segundo, convirtiéndolos en 596 millones de toneladas de Helio. Los cuatro millones de toneladas que se pierden en la transición, son arrojadas al Espacio Interestelar en forma de luz y calor que, como energía solar, una pequeña parte llega a la Tierra para hacer posible la fotosíntesis y la Vida.

    En el discurrir de nuestras vidas cotidianas, estamos más pendientes de los pequeños problemas personales, de la familia, del devenir de los hijos, de la hipoteca de la casa o del cambio de coche que de todos estos sucesos tan importantes para nuestras vidas. Pocos son los que fijan su atención en estos temas mayores que, siendo de vital importancia para todos, en realidad quedan relegados para unos pocos.

    Si nos paráramos a estudiar todos estos acontecimientos que llevan miles de millones de años sucediendo en el Universo, podríamos comprender de la importancia de las estrellas y de todas las transiciones de fase que se producen en todo lo que afecta a lo que conocemos como energía-materia, ahí está la semilla de todo, y, desde luego, con el paso del tiempo y la evolución… ¡De la Vida!

    ¿Qué es la Vida?

    ¡La materia evolucionada hasta el nivel de los pensamientos!

    ¡AH! De los sentimientos también.

    Responder
  2. 2
    emilio silvera
    el 28 de mayo del 2021 a las 9:24

    Se me quedó gravado aquel pensamiento del pensador:

    “Que no está muerto lo que duerme eternamente, y, con el paso de los eones, hasta la misma muerte tendrá que morir”

    Nos hablaba de que no todo se comporta de la misma manera, que lo que nos puede parecer inanimado no lo estará, de que el final de la muerte es el fin de la vida, y, de que, algún día muy lejano en el transcurrir del tiempo, la vida dejará de estar presente y, es entonces, cuando muere la Muerte.

    Si la Vida no está… ¿Qué pinta la muerte? Se habrá quedado sin trabajo.

    Responder

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