Enunciado

O espaço circundante às estrelas, denominado espaço circum-estelar, é consideravelmente mais quente, pois as estrelas são emissores de intensa radiação de corpo negro, com temperaturas da ordem de milhares de kelvins. Discuta como fatores, tais como a temperatura da nuvem, a massa específica de partículas e a velocidade das partículas, podem afetar o espectro rotacional do C O numa nuvem interestelar. Que novos aspectos do espectro do C O podem ser observados no gás ejetado, mas ainda próximo, de uma estrela com uma temperatura de 1000   K , em relação ao gás numa nuvem com temperatura de 10   K ? Explique como esses aspectos podem ser usados para distinguir entre o material interestelar e o circum-estelar, com base no espectro rotacional do C O .

Passo 1

Vamos que essa é bem interessante hehehe

Uma molécula pode exibir um espectro rotacional quando possui um momento dipolar permanente, por exemplo, CO. A regra de seleção para uma transição rotacional em uma molécula diatômica é dada como ∆ J   = ± 1 , dando ramos P e R.

Um espectro rotacional típico consiste em linhas igualmente espaçadas em ramos P e R , cujas intensidades relativas dependem da distribuição térmica dos elétrons, mais especificamente, da população do estado J inferior de onde a transição está acontecendo.

Esta distribuição da população pode ser calculada usando a equação de distribuição de Boltzmann

N j N 0 = 2 J + 1 e - E r k T

Ah, o 2 J + 1 surge por causa do fator de degenerescência, que aumenta a população à medida que J cresce. No entanto, em valores de J mais altos, o fator exponencial vai vencer, levando a uma diminuição na população relativa.

Passo 2

Para determinar o valor de J onde a população é máxima (e consequentemente a intensidade também), podemos derivar a equação acima e igualá-la a zero. Isso dá

J m a x = k T 2 h c B 1 2 - 1 2

A partir da relação acima, fica evidente que J m a x mudará em direção ao valor J mais alto à medida que a temperatura aumenta.

Passo 3

Para a molécula de CO próxima a uma estrela em 1000K, o pico de intensidade máxima será observado em um valor mais alto de J em comparação com a molécula de CO que está em 10K.

A distribuição de energia nesses níveis da molécula também é governada pelas colisões (comumente conhecidas como equilíbrio termodinâmico local) com outras partículas e, portanto, pode alterar o espectro rotacional da molécula e também a taxa de colisão pode levar ao aumento da pressão do espectro. Por outro lado, a velocidade da molécula pode levar ao alargamento Doppler, que depende da velocidade RMS da molécula levando à modificação do espectro rotacional. Deve-se notar que o efeito de alargamento no espectro será diferente para o alargamento Doppler e o alargamento da pressão.

Ufa, é isso!!

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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