Νέφη Μοριακών Ενώσεων Γιάννης Σειραδάκης Τμήμα Φυσικής, ΑΠΘ

Σύντομη ιστορική αναδρομή 1963: Ρίζα υδροξυλίου (ΟΗ – ) [Cas A] 1968: Αμμωνία (ΝΗ 3 ) [Sgr A] 1969: νερό (H 2 O) και φορμαλδεΰδη (H 2 CO) [Sgr A κ.α.] Σήμερα: > 150 Μοριακές ενώσεις στο διάστημα

Γιγάντια μοριακά νέφη Ψυχρά: < 100 K Πυκνά: 10 2 – 10 5 H 2 μόρια /cm 3 (παρόλ’ αυτά πυκνότερα από το καλύτερο κενό στη Γη) 10–100 pc s, 10 5 –10 6 Μ  100 μοίρες Παρατηρήσεις στο υπέρυθροIRAS

Μοριακά νέφη Μοριακά νέφη (molecular clouds): περιέχουν μέχρι 10 6 ηλιακές μάζες με πυκνότητα από 10 3 έως 10 6 μόρια/cm 3 Παραδείγματα μοριακών νεφών Ori-A MC-1 (Molecular Cloud 1) – Ωρίων Sgr B2 – Τοξότης WS1 –Αετός W3 – Περσέας Sgr A – Τοξότης (στο κέντρο του Γαλαξία) Τραπέζιο του Ωρίωνα Μοριακό νέφος Kleinmann-Low (K-L)

Αστέρες που περιβάλλονται από μοριακά νέφη Γίγαντες ή υπεργίγαντες αστέρες μεταγενέστερων φασματικών τύπων (Τ ~ 2000 Κ). Περιβάλλονται από πυκνό νέφος σκόνης (~600 Κ) IRC (CW Leo) Καλλιτεχνική απεικόνιση Απορροφούν φως αστέρα. Επανεκπέμπουν στο IR. Αστέρας: Οπτικά αμυδρός Νέφος: Λαμπρό στο IR IRC (CW Leo) VLT, Χιλή

Κατάλογος μοριακών ενώσεων (απόσπασμα) Μοριακή ένωση ή ρίζα Σύνηθες όνομαΕνδεικτικές συχνότητες Έτος ανίχνευσης Παρατηρήσεις Διατομικά CHΡίζα μεθυλιδύνηςΟπτικά και MHz MHz MHz 1937CasA CNΚυανιούχος ρίζαΟπτικά και MHz 1940Orion A, W51 CH + Μεθυλιδύνη (μεθύλιο κατιόν) Οπτικά και MHz MHz MHz 1941 OHΡίζα υδροξυλίου1963Sgr A COΜονοξείδιο του άνθρακα MHz1970Orion A H2H2 Μοριακό υδρογόνοΣειρά Lyman H α 1970Περσέας SiOΜονοξείδιο του πυριτίου MHz MHz 1971Sgr B2, Orion A

Κατάλογος μοριακών ενώσεων (απόσπασμα) CSΘειούχος άνθρακας MHz1971Orion A, W51 SOΜονοξείδιο του θείου MHz MHz 1973Orion A NOΜονοξείδιο του αζώτου GHz1978Sgr B2 HClΥδροχλώριο625.9 GHz και Υπεριώδες 1985OMC-1 NaClΧλωριούχο νάτριο Sodium chloride MHz MHz MHz MHz MHz MHz 1987IRC Τριατομικά H2OH2OΎδωρ1968Orion A, Orion KL HCO + Φορμυλικό ιόν89.19 GHz1970 HCNΥδροκυάνιο88.6 GHz1971W3(OH), Orion Α SO 2 Διοξείδιο του θείου MHz MHz MHz 1975Orion A Με 13 άτομα HC 11 N?? Cyanodecapentayne MHz MHz 1997TMC-1

Ηλεκτρονικός φασματογράφος με φίλτρα

Ψηφιακοί φασματογράφοι αυτοσυσχέτισης (Digital autocorrelators) Συνάρτηση αυτοσυσχέτισης Μετασχηματισμός Fourier Θεώρημα Nyquist Μετατροπή της χρονοσειράς σε σειράς συχνοτήτων Δt: Διάρκεια ψηφίδας Β: Εύρος μπάντας

Εύρος και μήκος κύματος μοριακών γραμμών Εύρος: Θερμική διεύρυνση (<100 kHz) Μήκος κύματος: Φαινόμενο Doppler: Παράδειγμα: Υδρογόνο 21cm: 4.2 kHz/(km s -1 ) Υδροξύλιο 18cm: 5.5 kHz/(km s -1 )

Ατομική και Μοριακή φασματοσκοπία Στη Ραδιοαστρονομία μας ενδιαφέρουν μεταπτώσεις χαμηλής ενέργειας α) Ατομική και μοριακή λεπτή υφή. β) Ατομική και μοριακή υπέρλεπτη υφή. γ) Μοριακή περιστροφή.

Ατομική φασματοσκοπία n : Ο κύριος κβαντικός αριθμός [n = 1, 2, 3, …] l : Ο δευτερεύων κβαντικός αριθμός [l = 0, 1, 2, 3, …, (n-1)] m l : Ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός [m l = 0,  1,  2, …,  l] s : Η στροφορμή (spin) του ηλεκτρονίου [s =  ½]

Μοριακή φασματοσκοπία Μετάπτωση αντιστροφής (inversion transition) της αμμωνίας αναδίπλωση-Λ (Λ-doubling) του υδροξυλίου

Υδροξύλιο (ΟΗ – ) 1963: Cas A 18 cm: 1612 MHz, 1665 MHz, 1667 MHz και 1720 MHz (1:5:9:1) W3 (OH) και W49. Φαινόμενο maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation

Υδροξύλιο (ΟΗ – )

Φορμαλδεΰδη (H 2 CO) T < 3 K!!! Aντίστροφο φαινόμενο maser (inverse maser)

Mονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι σχετικά άφθονο στο μεσοαστρικό χώρο, παρατηρείται σε υψηλές συχνότητες και, επομένως, τα ραδιοτηλεσκόπια έχουν υψηλή διακριτική ικανότητα και έχει ανακαλυφθεί και σε ενώσεις που περιέχουν και ισότοπα του άνθρακα και του οξυγόνου ( 13 C 16 O, 12 C 18 O) και έτσι μας δίνει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το ρυθμό σύνθεσης των χημικών στοιχείων στον Γαλαξία.

Πολύπλοκες μοριακές ενώσεις Βενζόλιο, Φουράνιο και πιθανώς απλά αμινοξέα Φορμαμίδιο

Πολύπλοκες μοριακές ενώσεις Φάσμα πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (ΡΑΗ) στον Ωρίωνα

Masers Ένταση – Πόλωση  10 3 Κ Από το πλάτος των γραμμών εκπομπής (πολύ στενές)  Τ ~ 10 Κ 1968 (VLBI): Γωνιώδης διάμετρος: ~ λίγα milliarcsec H 2 O maser: Εκπομπή όση ο Ήλιος σε εύρος 50 kHz! Άλλες πηγές maser: Sio, CH 3 OH, HCN Masers σε άλλους γαλαξίες OH – (1965): Σε γιγάντια μοριακά νέφη (5×10 6 Μ  ) [ρ = 10 5 – e – /cm 3 )