All posts by Natalia Ruiz Zelmanovitch

¿Qué gira alrededor de esta estrella?

irc10216
Crédito: Izan Leao (Universidad Federal de Río Grande del Norte, Brasil).

Una estructura espiral que gira alrededor de IRC+10216

Nuestro cosmos está lleno de polvo de estrellas, las cenizas de estrellas que murieron y que expulsaron al medio interestelar su materia, plagándolo de gas, polvo y moléculas. Cuando las estrellas parecidas a nuestro Sol consumen el hidrógeno en sus núcleos, terminan su etapa de “secuencia principal” y da comienzo su fase final. Dado que IRC+10216 es la estrella con gran pérdida de masa más cercana a nosotros, es la estrella evolucionada más estudiada y parece guardar un secreto: no está sola.

A medida que las estrellas parecidas a nuestro Sol evolucionan hacia la fase de rama asintótica gigante (AGB, Asymptotic Giant Brach), expulsan grandes cantidades de material al medio interestelar, formando una envoltura circunestelar alrededor de estos objetos. Gracias a la precisión sin precedentes proporcionada por el enorme conjunto de antenas ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter  Array), ahora podemos estudiar las regiones más interiores de las envolturas circunestelar de esas estrellas evolucionadas.

IRC +10216 es la estrella evolucionada rica en carbono más estudiada. Situada a una distancia estimada de 424 años luz, esta estrella AGB es la estrella con alta pérdida de masa más cercana a nosotros. Esta proximidad ha permitido la detección de un gran número de moléculas en su envoltura circunestelar. Estas detecciones han proporcionado a su vez un estudio profundo y fructífero de los procesos químicos que ocurren en el material expulsado de esta estrella. La importancia de estas regiones es fundamental, ya que cubre la zona donde el polvo se forma y se acelera, y donde los granos de polvo desencadenan muchas reacciones químicas.

Pero, después de muchos estudios de diferentes grupos de investigación, una pregunta permanece sin respuesta: ¿por qué el gas se ha distribuido en capas irregulares alrededor de la estrella central? De hecho, la eyección de materia a su alrededor pasa de ser relativamente esférica, a gran escala, a relativamente compleja en las regiones más interiores.

Hay una teoría para explicar la forma de la envoltura de esta estrella evolucionada.

Estructura espiral, ¿una estrella compañera?

Entender la estructura de la envoltura circunestelar y del gas molecular alrededor de esta estrella es fundamental para revelar los procesos químicos que tienen lugar en ella. Por ejemplo, una estructura grumosa puede permitir que la radiación UV procedente del medio interestelar llegue hasta las regiones interiores del gas molecular y desencadene reacciones químicas.

También la cinemática de estas eyecciones de material nos permiten estudiar el proceso de expulsión de las zonas interiores e inferir el mecanismo implicado: los datos sugieren que la materia liberada por la eyección se está expandiendo y gira lentamente.

Dado que se espera que las capas de material eyectado por la estrella evolucionada sean esféricas, la distribución irregular a su alrededor, formando un frente espiral, puede explicarse por la presencia de una estrella compañera.

Sales como trazadoras para confirmar la presencia de una estrella compañera

La astroquímica utiliza los datos obtenidos por los diferentes instrumentos para conocer el papel de las moléculas en los procesos químicos que tienen lugar en el universo. En este trabajo, se esperaba que las moléculas portadoras de metales sirvieran para sondear en las regiones más interiores de la envoltura circunestelar que rodea a IRC +10216.

Mientras que las moléculas portadoras de aluminio (Al) parecen estar presentes en una capa más o menos esférica, la emisión molecular de las sales como el cloruro de sodio (NaCl) y el cloruro de potasio (KCl) presentan un alargamiento en las regiones interiores con un mínimo central.

Esto significa que el Al se distribuye cerca de la estrella, mientras que el NaCl y el KCl están a cierta distancia de la estrella. La forma de esta distribución (probablemente una espiral o un toro que orbita alrededor de la estrella [1]) encaja con trabajos anteriores que estudiaron la emisión de otras moléculas que propusieron antes la teoría de una estrella compañera.

Por ejemplo, se ha descubierto que la emisión de moléculas como CO, HCN y SiS tiene su pico en zonas centrales, mientras que la de radicales como CN o C3H presenta un agujero central, mostrando que la abundancia de estas moléculas aumenta relativamente lejos de la estrella. Además, se ha sugerido que el desplazamiento de estos huecos con respecto a la posición central de la estrella puede deberse al hecho de que se trate, en realidad, de un sistema binario.

Más observaciones de alta resolución angular y espectral permitirían a los investigadores limitar las características de las estructuras detectadas, pero con este trabajo, la presencia de una estrella que orbita a IRC + 10216 se convierte en la explicación que se ajusta más a la estructura espiral giratoria vista a su alrededor.

Notas:

[1] Esta estructura no se observa en las transiciones de moléculas portadoras de Al, probablemente debido a la diferencia en los momentos dipolares de estos dos conjuntos de moléculas.

Más información:

Los resultados de este trabajo se han publicado en el artículo científico “HINTS OF A ROTATING SPIRAL STRUCTURE IN THE INNERMOST REGIONS AROUND IRC+10216”, por G. Quintana-Lacaci (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM, CSIC, España); J. Cernicharo (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM, CSIC, España); M. Agúndez (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM, CSIC, España); L. Velilla Prieto (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM, CSIC; Centro de Astrobiología, INTA-CSIC, España); A. Castro-Carrizo (Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Francia); N. Marcelino (INAF, Instituto de Radioastronomía, Italia); C. Cabezas (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Unidad asociada CSIC, Universidad de Valladolid (UVA), España); I. Peña (GEM, Unidad asociada CSIC, UVA, España); J. L. Alonso (GEM, Unidad asociada CSIC, UVA, España); J. Zúñiga (Dpto. de Química-Física, Facultad de Química de la Universidad de Murcia, España); A. Requena (Dpto. de Química-Física, Facultad de Química de la Universidad de Murcia, España); A. Bastida (Dpto. de Química-Física, Facultad de Química de la Universidad de Murcia, España); Y. Kalugina (LOMC-UMR 6294, CNRS-Universidad del Havre, Francia; Departamento de Óptica y Espectroscopía, Universidad Tomsk State, Rusia); F. Lique (LOMC-UMR 6294, CNRS-Universidad del Havre, Francia); y M. Guélin (Instituto de Radioastronomía Milimétrica; LERMA, Observatorio de París, Universidad de Investigación PSL, CNRS, Francia).

Artículo publicado originalmente en el blog de Nanocosmos:  What twirs around this star?

 

 

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Clausura de las I Jornadas sobre Astronomía del COIIM de Ciudad Real

2017_06_06_No_42-imagen+clausuraVarios miembros de Astromol y Nanocosmos han participado en las “I Jornadas sobre Astronomía”, organizadas por la Asociación de Ingenieros Industriales y el Colegio Oficial de Ingenieros industriales (AIIM/COIIM) de Ciudad Real. 40 personas se han formado en los fundamentos básicos de la astronomía a través de conferencias que han abordado temas muy variados de la actualidad astrofísica. Las jornadas se clausuran mañana con una charla de Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional.

Más información:
40 participantes en las I Jornadas sobre Astronomía del COIIM de Ciudad Real

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Un vídeo sobre Nanocosmos

Un grupo de alumnas del Curso de Experto en Comunicación Pública y Divulgación de la Ciencia (título Propio de la Universidad Autónoma de Madrid) ha elaborado este vídeo sobre Nanocosmos como proyecto de clase dentro del Taller de audiovisuales. Lo enlazamos desde el blog de Astromol por su interés astroquímico.

 

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La máquina Stardust en el diario El Mundo

El_Mundo

El pasado seis de enero se publicaba en el diario El Mundo un reportaje centrado en la máquina Stardust del proyecto NANOCOSMOS, una herramienta que se está desarrollando en los laboratorios del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Con esta máquina se intentarán reproducir los procesos de formación y crecimiento de los granos de polvo en las envolturas de estrellas evolucionadas. El reportaje ha sido elaborado por la periodista Teresa Guerrero y en él han participado miembros del equipo de la máquina Stardust y dos de los tres investigadores principales del proyecto, José Cernicharo y José Ángel Martín Gago, ambos del ICMM.

Pueden leer el artículo en este enlace:
La máquina española que fabrica polvo de estrella

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Emmanuel Dartois: “Los resultados de experimentos específicos de astrofísica de laboratorio guían el desarrollo de las observaciones astronómicas”

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E.DartoisEntrevista con Emmanuel Dartois, investigador del CNRS en el Instituto de Astrofísica Espacial (Institut d’Astrophysique Spatiale) en Orsay, Francia. Sus intereses en investigación incluyen el estudio de la química-física del medio interestelar, de los discos circunestelares y de la nebulosa protosolar en un contexto interdisciplinario: experimentos de laboratorio para producir análogos de polvo interestelar en ambientes astrofísicos simulados, observaciones astronómicas, reducción de datos y modelado de polvo.

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

La astrofísica de laboratorio es una de las claves para interpretar la gran cantidad de datos astronómicos recopilados por telescopios terrestres u observatorios espaciales.  La astrofísica abarca, por definición, una gama muy grande de ambientes físicos y químicos, desde densidades y temperaturas muy altas a muy bajas, medios neutros a ionizados…

La comprensión de los fenómenos observados y la especificidad de los entornos espaciales requieren del desarrollo de experimentos de laboratorio específicos y no sólo la extensión de instalaciones existentes, sino desarrollados de forma exclusiva para duplicar los medios astrofísicos. Ahora es posible producir y estudiar, en el laboratorio, la materia extraterrestre observada remotamente o recogida en nuestro Sistema Solar. Los resultados de experimentos dedicados de astrofísica de laboratorio guían el desarrollo de observaciones astronómicas.

¿Cuál es su campo de investigación actual?

Mi investigación se desarrolla en el marco de lo que se llama la física y la química del medio interestelar, el medio en el que pueden nacer estrellas, incluyendo el estudio de la composición de discos circunestelares, los “residuos” de la formación estelar, los ladrillos básicos, importantes por ser el origen de la formación de sistemas solares jóvenes como el nuestro. Esta investigación se realiza en un contexto interdisciplinar, combinando experimentos de laboratorio, con el objetivo de producir análogos de polvo interestelar, seguir su evolución dentro de entornos astrofísicos simulados en el laboratorio, y confrontar las observaciones astronómicas a partir del análisis de datos y la inclusión en los modelos del polvo.

En el contexto de la astrofísica de laboratorio, ¿cuáles son los principales avances en los últimos años?

Centrándonos en experimentos de laboratorio, la posibilidad de medir con precisión en el laboratorio los mecanismos físico-químicos que involucran a especies y partículas de polvo relevantes desde un punto de vista astronómico. El entorno radiativo astrofísico puede considerarse “hostil”, con luz ultravioleta de estrellas luminosas y partículas cósmicas (un flujo de núcleos atómicos de alta energía y/partículas circulando en el vacío interestelar de la galaxia). En la última década, los experimentos de astrofísica de laboratorio han medido y limitado aún más cómo influyen en la evolución de la materia en el espacio. Continue reading Emmanuel Dartois: “Los resultados de experimentos específicos de astrofísica de laboratorio guían el desarrollo de las observaciones astronómicas”

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Michael J. Barlow: “Estas reuniones permiten que los jóvenes estudiantes de doctorado y posdoctorados puedan presentar sus resultados”

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Mike-Barlow-People-Behind-the-ScienceMichael J. Barlow es investigador del Departamento de Física y Astronomía de la University College London (UCL, UK). Trabaja en el grupo de investigación de Estrellas, Formación estelar y evolución de galaxias. Sus intereses en investigación incluyen el estudio de estrellas evolucionadas y supernovas, nebulosas planetarias, regiones HII y galaxias HII, astronomía infrarroja y los orígenes y evolución de polvo interestelar y circunestelar.

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

Los resultados experimentales de estudios de laboratorio y de estudios moleculares proporcionan datos cuantitativos clave, necesarios para modelar una amplia gama de procesos astrofísicos, desde la formación de moléculas en densas nubes interestelares a la formación de mantos orgánicos y helados sobre las superficies de los granos de polvo, pasando por el crecimiento y la coagulación de las partículas para formar planetesimales y planetas durante el proceso de formación de estrellas.

¿Cuál es su campo de investigación actual?

Estudio las propiedades de las partículas de polvo formadas en material eyectado por supernovas para entender si pueden o no ser la fuente que más contribuye por sí sola al polvo cósmico que se encuentra en las galaxias, tanto en el universo temprano como en galaxias como la nuestra.

En el contexto de la astrofísica de laboratorio, ¿cuáles son los principales avances en los últimos años?

Aunque no trabajo en astrofísica de laboratorio, somos muchos los que nos beneficiamos de resultados de laboratorio. Un ejemplo de ello ha sido la necesidad, durante mucho tiempo, de datos experimentales sobre la eficacia con la que pueden eliminarse moléculas de las superficies de granos de polvo con fotones ultravioleta individuales (‘eficiencia de fotodesorción’). Ahora, esta eficiencia de fotodesorción se mide en laboratorios de Madrid, París y Leiden. Sus resultados han permitido una mejor comprensión de los mantos orgánicos y de los mantos de hielo sobre las partículas de polvo que se encuentran en las profundidades del interior de densas nubes moleculares. Continue reading Michael J. Barlow: “Estas reuniones permiten que los jóvenes estudiantes de doctorado y posdoctorados puedan presentar sus resultados”

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Ewine Van Dishoeck: “¿En qué parte del espacio se formó el agua que hay ahora en nuestros cuerpos?”

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Ewine_2014_HenrikSandsjoEwine Van Dishoeck es astrónoma y química. Es profesora de Astrofísica Molecular en el Observatorio de Leiden, miembro de la Real Academia de Ciencias de los Países Bajos y de la Academia Americana de Artes y Ciencias. Desarrolla numerosas labores en cuestiones relacionadas con política científica tanto a nivel nacional como internacional y ha recibido muchos reconocimientos y premios por sus investigaciones, incluyendo el Premio Spinoza de la Dutch National Science Foundation (2000), el Premio Physica de la Netherlands Physical Society (2005), o el Premio Petrie de la Canadian Astronomical Society (2007). Su investigación se centra ahora en la evolución astroquímica en las nubes interestelares que dan lugar a discos de formación de planetas y en la importancia de las moléculas como diagnóstico del proceso de formación de estrellas y planetas utilizando observaciones en longitudes de onda infrarrojas y submilimétricas.

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

La astrofísica de laboratorio es una parte integrante y esencial de la astrofísica. Si los astrónomos no tuvieran los números que nos hablan de las tasas de muchos procesos químicos sería como ‘jugar al tenis sin red’: podríamos usar muchos modelos astroquímicos pero, sin tasas precisas, los resultados no tendrían sentido. O no podríamos identificar los miles de líneas que ahora detecta ALMA.

¿Cuál es su campo de investigación actual?

Me formé en química teórica pero, durante los últimos treinta años, me he dedicado a la astrofísica molecular. Actualmente me estoy centrando en el estudio del rastro químico que va desde las nubes hasta la formación de nuevos sistemas planetarios. Por ejemplo, ¿en qué parte del espacio se formó el agua que hay ahora en nuestros cuerpos?

En el contexto de la astrofísica de laboratorio, ¿cuáles son los principales avances en los últimos años? Continue reading Ewine Van Dishoeck: “¿En qué parte del espacio se formó el agua que hay ahora en nuestros cuerpos?”

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Michael McCarthy: “Se sabe poco de las moléculas ‘no-terrestres’ porque polimerizan a compuestos más estables en una fracción de segundo”

ECLA2016 "Gas on the rocks" (European Conference on Laboratory Astrophysics)
ECLA2016 “Gas on the rocks” (European Conference on Laboratory Astrophysics)

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McCarthy_photoMichael McCarthy trabaja en la división de Física Molecular y Atómica y en el área de investigación de Astrofísica de Laboratorio del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CAF), en Cambridge (Estados Unidos). Los astrónomos que trabajan en este departamento observan moléculas en los rangos milimétrico e infrarrojo, realizan experimentos espectroscópicos y cinéticos y desarrollan teorías astroquímicas. Se dedican principalmente a la detección y caracterización espectral de moléculas de interés astronómico, conocidas o postuladas, usando la espectroscopia rotacional.

¿Cuál es el papel de la astrofísica molecular y de laboratorio en la Astrofísica?

La astrofísica molecular juega un papel crucial en Astrofísica porque, en esencia, las observaciones de fuentes lejanas son una forma extrema de detección remota.  No podemos viajar hasta objetos más allá de nuestro Sistema Solar, por lo que debemos inferir sus propiedades químicas y físicas mediante la comprensión de la luz que absorben o emiten.

Haciendo mediciones en el laboratorio, en la Tierra podemos confirmar si diferentes átomos o moléculas son los responsables de la absorción o de la emisión en longitudes de onda muy específicas observadas con telescopios. Hay telescopios de muy diversos tamaños, basados en tierra y en el espacio, que detectan radiación en diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético. Al igual que una huella digital humana, la firma espectral de cada átomo o molécula es única, y en el laboratorio podemos medir esta huella digital con mucha precisión, especialmente en la región de la longitud de onda donde las moléculas experimentan rotación cuantizada.

Si un determinado átomo o molécula está presente en un objeto astronómico, las dos huellas espectrales deben ser esencialmente idénticas, aunque en ese mismo objeto abunden muchos otros tipos de átomos o moléculas. De esta manera, podemos estar muy seguros de cuáles son las especies responsables de la absorción o emisión en una determinada longitud de onda.

Comparando los espectros de laboratorio de muchos tipos diferentes de moléculas podemos empezar a desarrollar una visión general de la composición del objeto astronómico. Midiendo otras propiedades, como la polaridad de una molécula en el laboratorio, y basándonos en la intensidad o fuerza de la línea astronómica, también podemos inferir cuánto material está presente en el objeto o alrededor del mismo; asimismo, mediante la comparación de espectros de laboratorio de una molécula con cantidades de energía interna diferentes a las encontrada en un objeto astronómico, podemos deducir cómo de caliente o frío es. De esta manera, podemos entender un objeto distante con gran detalle y comenzar a unir piezas clave sobre fenómenos astrofísicos de una forma más general.

¿Cuál es su campo de investigación actual? Continue reading Michael McCarthy: “Se sabe poco de las moléculas ‘no-terrestres’ porque polimerizan a compuestos más estables en una fracción de segundo”

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Sergey Yurchenko: “La astrofísica de los exoplanetas es un campo muy joven y es muy emocionante formar parte de él”

ECLA2016 "Gas on the rocks" (European Conference on Laboratory Astrophysics)
ECLA2016 “Gas on the rocks” (European Conference on Laboratory Astrophysics)

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La actividad investigadora de Sergey Yurchenko (@TroveMaster) abarca una gama de temas, dentro de la física molecular, relacionados tanto con la teoría subyacente como con la aplicación de cálculos de los espectros moleculares; también trabaja en el desarrollo de métodos eficientes para la generación de listas precisas y completas de líneas moleculares, aplicables a una amplia gama de temperaturas y ambientes, incluyendo atmósferas de exoplanetas calientes y estrellas frías. Estudia las propiedades fundamentales de las moléculas poliatómicas con métodos de espectroscopia infrarroja de vibración-rotación de alta resolución; desarrolla cálculos de estructura electrónica y experimentos teóricos que describen la manipulación y el control de moléculas poliatómicas por sofisticados campos electromagnéticos. Trabaja en el Departamento de Física y Astrofísica de la University College London (Reino Unido).

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

Físicamente, no podemos ir y tomar una muestra de cualquier lugar del universo. La principal fuente de información sobre el universo es lo que vemos (a través de la luz visible) o lo que no podemos ver, pero podemos detectar (por ejemplo, luz infrarroja o ultravioleta).

Estas señales electromagnéticas contienen mucho más de lo que nuestro ojo puede revelar, por ejemplo, sobre lo que compone las atmósferas de otros planetas, qué especies hay en los medios interestelares o qué procesos tienen lugar en las regiones donde se forman las estrellas o planetas.

A pesar de que estos ambientes son muy diferentes a los de nuestro planeta, también están compuestos de átomos y moléculas. Lo que sí podemos hacer (y lo que realmente estamos haciendo) es ir al laboratorio a aprender tanto como sea posible acerca de cómo se comportan los diferentes átomos y moléculas en diferentes condiciones y cómo está codificada esta información en la luz que emiten o absorben.

El código es un espectro que nos cuenta historias de estrellas caídas, planetas recién nacidos o galaxias que chocan, incluso desde un pasado muy lejano que llega hasta los tiempos en los que nació el universo.

¿Cuál es su campo de investigación actual? Continue reading Sergey Yurchenko: “La astrofísica de los exoplanetas es un campo muy joven y es muy emocionante formar parte de él”

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Louis d’Hendecourt: “En astroquímica, la astrofísica de laboratorio es el juez supremo”

ECLA2016 "Gas on the rocks" (European Conference on Laboratory Astrophysics)
ECLA2016 “Gas on the rocks” (European Conference on Laboratory Astrophysics)

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Louis d'HendecourtEntrevista con Louis Le Sergeant d’Hendecourt, del equipo de Astroquímica y Orígenes del Instituto de Astrofísica Espacial (CNRS-UPS) en Francia. Este equipo utiliza técnicas experimentales, incluyendo espectroscopía, simulaciones de materia extraterrestre y el uso de varios métodos analíticos, para comprender la composición física y química y la evolución de los materiales de estado sólido en nuestra galaxia, así como durante la formación de nuestro Sistema Solar y otros posibles sistemas planetarios.

¿Cuál es el papel de la astrofísica de laboratorio en la Astrofísica?

La astrofísica de laboratorio proporciona muchos datos acerca de la formación y el comportamiento de moléculas interestelares. Esta información, obtenida principalmente utilizando espectroscopía molecular (pero no sólo) se utiliza para entender problemas astrofísicos tales como los parámetros físicos de diversas regiones del medio interestelar (ISM, por sus siglas en inglés) -de regiones difusas a regiones densas-, los mecanismos por los cuales las nubes moleculares colapsan formando estrellas, la formación de discos protoplanetarios e, incluso, la formación planetaria.

Aunque el modelado es una herramienta importante para entender la evolución del medio interestelar y su conexión con la formación planetaria, los modelos necesitan importantes contribuciones de la física y la química (velocidades de reacción, bases de datos espectroscópicas, canales de reacción, etc.) que solo pueden obtenerse en cuidadosos experimentos de laboratorio muy específicos. Además, simulaciones directas de algunos procesos, como la química de hielos, se benefician mucho de este trabajo de laboratorio cuando, debido a la creciente complejidad de las moléculas formadas, el modelado alcanza sus límites (demasiadas moléculas complejas, muchas rutas de reacción, aumento en las incertidumbres del modelo…). La astrofísica de laboratorio tiene es el juez supremo de la astroquímica. Continue reading Louis d’Hendecourt: “En astroquímica, la astrofísica de laboratorio es el juez supremo”

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