Pressmeddelande

Stjärnrest avslöjar radioaktiva molekylers ursprung

Observationer med ALMA avslöjar den radioaktiva isotopen aluminium-26 inuti stjärnresten CK Vulpeculae

30 juli 2018

Astronomer som använt teleskopen ALMA och NOEMA har för första gången gjort en säker observation av radioaktiva molekyler i interstellära rymden. Den radioaktiva delen av molekylen är en aluminiumisotop. Observationerna avslöjar att isotopen spreds ut i rymden efter en kollision mellan två stjärnor som lämnade efter sig en stjärnrest med namnet CK Vulpeculae. Detta är första gången som man direkt observerat sådana aluminiumatomer hos en känd källa i rymden. Tidigare har denna isotop kunnat identifierats med hjälp av gammastrålning, men ursprunget till de radioaktiva ämnet var tidigare ökänt.

Forskarlaget bakom upptäckten, som leds av Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), använde ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) och NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) för att observa en källa till den radioaktiva isotopen aluminium-26. Källan har beteckningen CK Vulpeculae tack vare dess läge i stjärnbilden Räven (Vulpecula på latin). Den upptäcktes för första gången 1670 och då syntes den bara som en ljusstark röd “ny stjärna”. Fastän den ursprungligen var synligt med blotta ögat bleknade den snabbt. Idag krävs kraftfulla teleskop för att se resterna av denna sammanslagning, en blek central stjärna som omges av en halo av glödande material som rusar bort från stjärnan.

Nu, 348 år efter att den första händelsen observerades, har resterna från den explosiva stjärnsammanslagningen lett till tydliga och övertygande bevis för en radioaktiv variant av grundämnet aluminium, känd som aluminium-26. Det är dessutom första gången som en instabil radioaktiv molekylen har definitivt detekterats utanför solsystemet. Instabila isotoper har ett överskott av kärnenergi och sönderfaller så småningom till en stabil form.

– Denna första observation av isotopen i ett stjärnlikt objekt är också viktigt i det bredare sammanhanget med galaxens kemiska utveckling. Detta är första gången en aktiv tillverkare av den radioaktiva kärnan aluminium-26 har direkt observerats, kommenterar Kamiński.

Kamiński och hans forskarlag upptäckte den unika spektralsignalen från molekyler som består av aluminium-26 och fluor (²⁶AlF) i resterna som omger CK Vulpeculae som befinner sig 2000 ljusår bort från jorden. När dessa molekyler roterar och tumlar genom rymden skickar de ut ett karaktäristiskt fingeravtryck i millimetervåglängder, en process som kallas rotationsövergång. Astronomer ser detta som “guldstandarden” för att upptäcka molekyler [2].

Observationen av specifikt denna isotopen ger oss nya insikter i sammanslagningsprocessen som skapade CK Vulpeculae. Det demonstrerar också att de djupa, täta, inre lagrerna i en stjärna där tyngre grundämnen och radioaktiva isotoper skapas, kan röras upp och kastas ut i rymden efter stjärnkollisioner.

– Vi har observerat hur en stjärnas inälvor slets isär för tre århundraden sedan av en kollision, fortsätter Kamiński.

Astronomerna kunde också fastställa att de två stjärnorna som slogs samman hade relativt låg massa, en röd jättestjärna med en massa mellan 0,8 och 2,5 gånger solens.

Eftersom aluminium-26-atomer är radioaktiva kommer de att sönderfalla och bli mer stabil. Under denna process kommer sönderfaller en proton i kärnan till en neutron, vilket skickar ut en foton med väldigt hög energi som vi observerar som gammastrålning [1].

Tidigare observationer av gammastrålning har visat att det finns uppskattnigsvis omkring två solmassor av aluminium-26 i Vintergatan, men processen som skapar dessa radioaktiva atomer är okänd. På grund av det sätt som man upptäcker gammastrålar vet man i stort sett inte alls varifrån gammastrålarna kommer ifrån. Med dessa nya mätningar, har astronomer nu för första gången definitivt upptäckt en ostabil isotop i molekyler utanför vårt solsystem.

Samtidigt har dock forskarlaget slagit fast att det är andra fenomen än objekt som liknar CK Vulpeculae som står för merparten av produktionen av aluminium-26 i vår galax. Mängden aluminium-26 i CK Vulpeculae motsvarar bara omkring en fjärdedel av Plutos massa. Eftersom dessa händelser är väldigt sällsynta är det högst osannolikt att de är de enda som tillverkar isotopen i Vintergatan. Detta öppnar upp möjligheterna för ytterligare studier av dessa radioaktiva molekyler.

Noter

[1] Aluminium-26 innehåller 13 protoner och 13 neutroner i sin kärna. Det är en neutron färre än den stabila isotopen aluminium-27. När den sönderfaller förvandlas aluminium-26 till magnesium-26, ett helt annat grundämne.

[2] Man bestämmer vanligtvis en molekyls karaktäristiska fingeravtryck med laboratoriumexperiment. I fallet med ²⁶AlF funkar inte denna metod eftersom det inte finns något aluminium-26 på jorden. Laboratorieastrofysiker vid Kassels universitet i Tyskland använde istället informationen från den stabila och rikligt förekommande isotopen ²⁷AlF för att härleda pålitliga egenskaper för den sällsynta molekylen ²⁶AlF.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln Astronomical detection of a radioactive molecule 26AlF in a remnant of an ancient explosion i tidskriften Nature Astronomy.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Bilder på ALMA

• Blogginlägg hos Nature Astronomy som ger mer information

Kontakter

Robert Cumming
Onsala rymdobservatorium, Chalmers
Sverige
Tel: +46704933114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

Tomasz Kamiński
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Cambridge, Massachusetts, USA
E-post: tomasz.kaminski@cfa.harvard.edu

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-post: pio@eso.org

Connect with ESO on social media