Investigação de laboratório de bombardeio de agentes ionizantes em gelos ricos em metanol e etanol : implicação na lua de Saturno e outros ambientes astrofísicos
| dc.contributor.advisor | Oliveira, Sergio Pilling Guapyassu de | |
| dc.contributor.author | Freitas, Fabricio Moreira | |
| dc.contributor.event2 | São José dos Campos | |
| dc.contributor.referee | Ojeda González, Arian | |
| dc.contributor.referee | Oliveira, Alexandre Soares de | |
| dc.contributor.referee | Andrade, Diana Paula de Pinho | |
| dc.contributor.referee | Chagas, Láysa Cristina Araujo Resende | |
| dc.date.accessioned | 2025-01-23T16:37:41Z | |
| dc.date.available | 2025-01-23T16:37:41Z | |
| dc.date.issued | 2021-11-29 | |
| dc.description.abstract | Nas regiões frias do espaço, a presença de radiação na faixa de UV, raios-X e raios cósmicos tem excitado, ionizado e dissociado moléculas, permitindo que ocorram novos canais de reação química (tanto em fase gasosa quanto em gelos) e, com isso, produzindo espécies químicas novas e aumentando a complexidade dessas regiões. Em particular, os gelos astrofísicos encontrados nestas regiões frias, além de catalisar diversas reações químicas, são também um reservatório de espécies orgânicas no espaço. Neste trabalho foi experimentalmente simulada a interação de dois gelos com a radiação ionizante. O primeiro experimento foi realizado com elétrons rápidos (1 keV) em uma amostra de metanol e amônia (CH3OH:NH3) na proporção de 10 partes de metanol para cada 1,4 partes de amônia e o segundo foi realizado através da radiação de fótons no espectro de ultravioleta e raios-X moles (6 a 2000 eV) em uma amostra de etanol puro (CH3CH2OH) que reproduzem as condições físico-químicas de alguns ambientes espaciais como o satélite natural Encélado de Saturno, gelos dentro de nuvens moleculares, gelos nas vizinhanças de objetos compactos (fontes importantes de raios-X), entre outros. O metanol foi encontrado na fase sólida em regiões frias, como superfícies de cometas, gelos nas proximidades de objetos estelares jovens e discos protoplanetários, bem como (na fase gasosa) em diferentes regiões do meio interestelar e interplanetário. A amônia (NH3) também foi detectada no meio interestelar em gelos astrofísicos isolados ou na superfície de Encélado, em conjunto com o metanol. O etanol, por sua vez, foi detectado no meio interestelar em nuvens moleculares como Sagittarius B2, em nebulosas como Orion KL e tem traços identificados nas proximidades de Saturno. Os experimentos foram realizados em gelos produzidos utilizando uma câmara portátil de alto vácuo do Laboratório de Astroquímica e Astrobiologia (LASA/UNIVAP) acoplada à linha de luz de monocromador de grade esférica (SGM) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas e em um canhão de elétrons no LASA em São José dos Campos. Os espectros de CH3OH:NH3 irradiada com elétrons apresentaram a formação das espécies filhas CO2, CO e OCN-, cujas seções de choque de formação experimental foram determinadas como 3,8 × 10-19 cm2, 3,1 × 10-19 cm2 e como 3,5 × 10-19 cm2 respectivamente. Já a seção de choque efetiva de destruição de CH3OH foi de 3,3 × 10-19 cm2 e de NH3 foi de 5,0 × 10-21 cm2. Os espectros de CH3CH2OH irradiada com raios-X moles apresentaram a formação das espécies filhas CO2, CO, H2O, CH4, CH3(CO)CH3 (acetona), e CH3COOH (ácido acético), cujas seções de choque de formação experimental foram determinadas como 7,5 × 10-19 cm2, 2,8 × 10-18 cm2, 4,4 × 10-19 cm2, 3,4 × 10-18 cm2, 2,2 × 10-18 cm2 e como 1,1 × 10-18 cm2 respectivamente. Já a seção de choque efetiva de destruição de CH3CH2OH foi de 9,9 × 10-18 cm2. Os valores de abundância percentual de cada espécie (EBR%) após o equilíbrio químico do sistema ser atingido foram, também, determinados: para moléculas irradiadas com elétrons rápidos assumindo os valores de CH3OH (62,4 %), CO (14,2 %), Espécies Desconhecidas (11,5 %), NH3 (7,8 %), CO2 (3,2 %) e OCN- (0,9 %); para moléculas irradiadas com raios-X moles assumindo os valores de CH3CH2OH (48,2 %), CH4 (21,3 %), Espécies Desconhecidas (15,4 %), H2O (7,1%), CH3(CO)CH3 (5,0 %), CO (2,3 %), CH3COOH (0,4 %) e CO2 (0,3 %). A partir dos dados obtidos foram realizadas estimativas de abundâncias químicas em Encélado e outros ambientes do cenário astrofísico atual. | |
| dc.description.abstract2 | In cold regions of space, the radiation presence in range of UV, X-rays and cosmic rays has excited, ionized and dissociated molecules, allowing new channels of chemical reaction to occur (both in the gas or ice phase) and, with this, producing new chemical species and thus increasing the chemical complexity of these regions. In particular, the astrophysical ices found in these cold regions, in addition to catalysing several chemical reactions, are also a reservoir of organic species in space. In this work, the interaction of two ices with ionizing radiation was experimentally simulated. The first experiment was carried out with fast electrons (1 keV) in a sample of methanol and ammonia (CH3OH:NH3) in the proportion of 10 parts of methanol for each 1.4 parts of ammonia and the second was carried out using ultraviolet spectrum and soft X-rays photon radiation (6 a 2000 eV) in a sample of pure ethanol (CH3CH2OH) that reproduces some space environments physicochemical conditions such as the natural satellite Enceladus of Saturn or ices inside molecular clouds, or ices in the vicinity of compact objects (X-rays important sources), among others, was experimentally simulated. Methanol has been found in cold regions such as surfaces of comets, ices near young stellar objects and protoplanetary disks, as well as in the gas phase in different regions in space. Ammonia (NH3) has also been detected in the interstellar medium on isolated astrophysical ices or on the surface of Enceladus together with methanol. The ethanol, in turn, was detected in the interstellar medium in molecular clouds like Sagittarius B2 and towards nebulas like Orion KL and has traces identified in Saturn vicinity. The experiments were conducted on ices using a portable high vacuum chamber of the Astrochemistry lab and Astrobiology (LASA/UNIVAP) attached to the light of spherical grid monochromator (SGM) at the national laboratory of Synchrotron Light (LNLS) in Campinas and in an electron gun at LASA in São José dos Campos. The spectra of the CH3OH:NH3 sample irradiated with fast electrons showed the formation of CO2, CO e OCN-, whose experimental formation cross section were determined as 3.8 × 10-19 cm2, 3.1 × 10-19 cm2 and as 3.5 × 10-19 cm2 respectively. Already the effective destruction cross section of CH3OH was 3.3 × 10-19 cm2 and of NH3 was 5.0 × 10-21 cm2. The spectra of the CH3CH2OH sample irradiated with broadband soft X-rays showed the formation of same daughter species CO2, CO, H2O, CH4, CH3(CO)CH3 (acetone), and CH3COOH (acetic acid) whose experimental formations cross sections were determined as 7.5 × 10-19 cm2, 2.8 × 10-18 cm2, 4.4 × 10-19 cm2, 3.4 × 10-18 cm2, 2.2 × 10-18 cm2, and as 1.1 × 10-18 cm2 respectively. Already the effective destruction cross section of CH3CH2OH was 9.9 × 10-18 cm2. The percentage of equilibrium branching ratio (EBR%) of each species after the chemical equilibrium of the system were, also, reached: for molecules irradiated with fast electrons assuming the values of CH3OH (62.4 %), CO (14.2 %), Unknown Species (11.5 %), NH3 (7.8 %), CO2 (3.2 %) and OCN- (0.9 %); for molecules irradiated with soft X-rays assuming the values of CH3CH2OH (48.2 %), CH4 (21.3 %), Unknown Species (15.4 %), H2O (7.1%), CH3(CO)CH3 (5.0 %), CO (2.3 %), CH3COOH (0.4 %) and CO2 (0.3 %). From the data obtained, estimates of chemical abundances in Enceladus and other environments of current astrophysical scenario were made. | |
| dc.description.physical | 109 f. | |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | |
| dc.description.sponsorship | Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) | |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | |
| dc.format.mimetype | ||
| dc.identifier.affiliation | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.identifier.bibliographicCitation2 | FREITAS, Fabricio Moreira. Investigação de laboratório de bombardeio de agentes ionizantes em gelos ricos em metanol e etanol: implicação na lua de Saturno e outros ambientes astrofísicos. São José dos Campos, 2021. 109 f. Tese (Doutorado em Física e Astronomia) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São José dos Campos, 2021. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.univap.br/handle/123456789/504 | |
| dc.language.iso | pt_BR | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.initials | UNIVAP | |
| dc.publisher.institution | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.publisher.program | Doutorado em Física e Astronomia | |
| dc.publisher.spatial | São José dos Campos | |
| dc.subject.keyword | Espectroscopia de infravermelho | |
| dc.subject.keyword | Astroquímica experimental | |
| dc.subject.keyword | Elétrons Rápidos | |
| dc.subject.keyword | Gelos Astrofísicos | |
| dc.title | Investigação de laboratório de bombardeio de agentes ionizantes em gelos ricos em metanol e etanol : implicação na lua de Saturno e outros ambientes astrofísicos | |
| dc.title.alternative | Laboratory investigation of ionizing agents bombardment in methanol and ethanol rich ices: implication in Saturn moon and other astrophysical environments | |
| dc.type | Tese |