Nota de Imprensa

Resto de estrela revela origem de moléculas radioativas

Observações ALMA descobrem isótopo radioativo de alumínio-26 nos restos de CK Vulpeculae

30 de Julho de 2018

Com o auxílio do ALMA e do NOEMA, os astrónomos fizeram a primeira detecção fiável de uma molécula radioativa no espaço interestelar. A componente radioativa da molécula é um isótopo do alumínio. As observações revelam que o isótopo se dispersou no espaço após a colisão de duas estrelas, a qual deu origem a um resto estelar conhecido por CK Vulpeculae. Trata-se da primeira vez que foi feita uma observação direta deste elemento numa fonte conhecida. Identificações anteriores deste isótopo tiveram origem na detecção de raios gama, no entanto a sua origem precisa era desconhecida.

Uma equipa, liderada por Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EUA), usou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e o NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) para detectar uma fonte do isótopo radioativo de alumínio-26. A fonte, conhecida por CK Vulpeculae, foi inicialmente observada em 1670 e na altura aparecia no céu como uma “estrela nova”, brilhante e vermelha. Apesar de inicialmente poder ser vista a olho nu, rapidamente desvaneceu e atualmente são necessários telescópios potentes para observar os restos desta fusão: uma estrela central ténue rodeada por um halo de matéria brilhante que se afasta da estrela.

348 anos após a observação do evento inicial, os restos desta fusão estelar explosiva levaram à detecção clara e convincente de uma versão de alumínio radioativo, chamado alumínio-26. Trata-se da primeira molécula radioativa instável claramente detectada fora do Sistema Solar. Os isótopos radioativos têm um excesso de energia nuclear e decaem eventualmente para um estado estável.

“Esta primeira observação deste isótopo num objeto do tipo estelar é também importante no contexto mais alargado da evolução química galáctica,” diz Kamiński. “Esta é a primeira vez que identificámos diretamente um produtor ativo do nuclídeo radioativo de alumínio-26.”

Kamiński e a sua equipa detectaram uma assinatura espectral única de moléculas compostas por alumínio-26 e flúor (²⁶AlF) nos restos que rodeiam a CK Vulpeculae, situada a cerca de 2000 anos-luz de distância da Terra. À medida que rodam e se deslocam no espaço, estas moléculas emitem uma "impressão digital" específica nos comprimentos de onda milimétricos, um processo conhecido por transição rotacional. Os astrónomos consideram este procedimento a “norma de ouro” para a detecção de moléculas [1].

A observação deste isótopo particular fornece-nos novas pistas sobre o processo de fusão que deu origem à CK Vulpeculae e demonstra também que as camadas interiores, densas e profundas, de uma estrela onde os elementos pesados e os isótopos radioativos são formados, podem agitar-se e ser lançadas para o espaço por colisões estelares.

“Estamos a observar as “entranhas” de uma estrela destruída por uma colisão há cerca de três séculos atrás,” comenta Kamiński.

Os astrónomos determinaram também que as duas estrelas que se fundiram possuíam uma massa relativamente pequena, sendo uma delas uma gigante vermelha de massa entre 0,8 e 2,5 massas solares.

Uma vez que é radioativo, o alumínio-26 decai, tornando-se mais estável, e nesse processo um dos protões do núcleo decai para um neutrão. Nesse momento, o núcleo excitado emite um fotão de elevada energia, o qual observamos sob a forma de um raio gama [2].

Anteriormente, detecções de emissões de raios gama mostraram que se encontram presentes na Via Láctea cerca de duas massas solares de alumínio-26, mas o processo que deu origem a estes átomos radioativos não era conhecido. Adicionalmente, devido à maneira como são detectados os raios gama, a sua origem precisa era também algo relativamente desconhecido. Com estas novas medições, os astrónomos detectaram definitivamente e pela primeira vez um radioisótopo instável numa molécula fora do Sistema Solar.

No entanto, e paralelamente, a equipa concluiu que a produção de alumínio-26 por objetos semelhantes à CK Vulpeculae não será a fonte principal de alumínio-26 na nossa Galáxia. A massa de alumínio-26 existente na CK Vulpeculae é aproximadamente um quarto da massa de Plutão e, dado que estes eventos ocorrem tão raramente, é altamente improvável que sejam os únicos produtores deste isótopo na Via Láctea, o que nos leva a efectuar estudo adicionais sobre estas moléculas radioativas.

Notas

[1] As características "impressões digitais" moleculares são normalmente obtidas em experiências laboratoriais. No caso do ²⁶AlF, este método não pode ser aplicado uma vez que o alumínio-26 não existe na Terra. Astrofísicos a trabalhar em laboratórios na Universidade de Kassel, na Alemanha, usaram por isso dados das moléculas estáveis e abundantes de ²⁷AlF para derivar dados precisos da molécula rara ²⁶AlF.

[2] O alumínio-26 contém 13 protões e 13 neutrões no seu núcleo (um neutrão a menos do que o isótopo estável, o alumínio-27). Quando decai, o alumínio-26 transforma-se em magnésio-26, um elemento completamente diferente.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Astronomical detection of a radioactive molecule ²⁶AlF in a remnant of an ancient explosion”, que será publicado na revista Nature Astronomy.

A equipa é composta por Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA), Romuald Tylenda (N. Copernicus Astronomical Center, Varsóvia, Polónia), Karl M. Menten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bona, Alemanha), Amanda Karakas (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Austrália), Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, França), Alexander A. Breier (Laborastrophysik, Universität Kassel, Alemanha), Ka Tat Wong (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Austrália), Thomas F. Giesen (Laborastrophysik, Universität Kassel, Alemanha) e Nimesh A. Patel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, EUA).

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1826, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.