Et par kolliderende stjerner spilder radioaktive molekyler ud i rummet

Når to sollignende stjerner støder sammen, resultatet kan blive en spektakulær eksplosion og dannelsen af ​​en helt ny stjerne. En sådan begivenhed blev set fra Jorden i 1670. Den forekom for observatører som en lysende, rød "ny stjerne." Selvom det først er synligt med det blotte øje, dette udbrud af kosmisk lys falmede hurtigt og kræver nu kraftige teleskoper for at se resterne af denne fusion:en svag central stjerne omgivet af en glorie af glødende materiale, der flyder væk fra den.

Cirka 348 år efter denne begivenhed, et internationalt hold af astronomer, der brugte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) radioteleskoper studerede resterne af denne eksplosive stjernesammensmeltning - kendt som CK Vulpeculae (CK Vul) - og opdagede den klare og overbevisende underskrift af en radioaktiv version af aluminium ( 26 Al, et atom med 13 protoner og 13 neutroner) bundet med fluoratomer, danner 26-aluminium monofluorid ( ²⁶ AlF).

Dette er det første molekyle, der bærer en ustabil radioisotop, der endegyldigt påvises uden for vores solsystem. Ustabile isotoper har et overskud af kerneenergi og henfalder til sidst til en stabil, mindre radioaktiv form. I dette tilfælde, 26-aluminium (26Al) henfalder til 26-magnesium ( ²⁶ Mg).

"Den første faste påvisning af denne form for radioaktivt molekyle er en vigtig milepæl i vores udforskning af det kølige molekylære univers, " sagde Tomasz Kamiński, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Masse., og hovedforfatter på et papir, der vises i Natur Astronomi .

Forskerne opdagede den unikke spektrale signatur af disse molekyler i affaldet omkring CK Vul, hvilket er cirka 2, 000 lysår fra Jorden. Når disse molekyler drejer og tumler gennem rummet, de udsender et markant fingeraftryk af millimeterbølgelængde, en proces kendt som "rotationsovergang". Astronomer betragter dette som "guldstandarden" for molekylære detektioner.

Disse karakteristiske molekylære fingeraftryk tages normalt fra laboratorieforsøg og bruges derefter til at identificere molekyler i rummet. I tilfælde af 26AlF, denne metode er ikke anvendelig, fordi 26-aluminium ikke er til stede på Jorden. Laboratorieastrofysikere fra universitetet i Kassel/Tyskland brugte derfor fingeraftryksdata for stabile og rigelige ²⁷ AlF-molekyler til at udlede nøjagtige data for de sjældne ²⁶ AlF molekyle. "Denne metode til ekstrapolering er baseret på den såkaldte Dunham-tilgang, " forklarede Alexander Breier fra Kassel-holdet. "Det giver forskere mulighed for præcist at beregne rotationsovergangene af ²⁶ AlF med en nøjagtighed langt ud over astronomiske observatørers behov. "

Observationen af ​​denne særlige isotopolog giver frisk indsigt i fusionsprocessen, der skabte CK Vul. Det viser også, at de dybe, tætte indre lag af en stjerne, hvor tunge grundstoffer og radioaktive isotoper er smedet, kan væltes op og kastes ud i rummet ved stjernekollisioner. "Vi observerer tarmene på en stjerne, der blev revet fra hinanden for tre århundreder siden ved en kollision, " observerede Kamiński. "Hvor fedt er det?"

Astronomerne fastslog også, at de to stjerner, der fusionerede, var relativt lav masse, hvor den ene er en rød kæmpestjerne med en masse et sted mellem 0,8 og 2,5 gange vores sol.

"Denne første direkte observation af denne isotop i et stjernelignende objekt er også vigtig i den bredere sammenhæng med galaktisk kemisk evolution, "bemærkede Kamiński." Dette er første gang en aktiv producent af det radioaktive nuklid ²⁶ Al er blevet direkte observationelt identificeret."

Det har været kendt i årtier, at der er omkring tre sole til en værdi af ²⁶ Al spredte sig over Mælkevejen. Men disse observationer, lavet ved gamma-strålebølgelængder, kunne kun identificere, at signalet var der; de kunne ikke udpege individuelle kilder, og det var uklart, hvordan isotoperne kom dertil.

Med aktuelle skøn på massen af ²⁶ Al i CK Vul (omkring en fjerdedel af Plutos masse) og den sjældne forekomst af fusioner som denne, it seems rather unlikely that mergers are solely responsible for this galactic radioactive material, the astronomers conclude.

Imidlertid, ALMA and NOEMA can only detect the amount of ²⁶ Al bound with fluorine. The actual mass of ²⁶ Al in CK Vul (in atomic form) may be much greater. It is also possible that other merger remnants may have far greater amounts. Astronomers may also have underestimated the current merger rates in the Milky Way. "So this is not a closed issue and the role of mergers may be non-negligible, " speculated Kamiński.