Un cadáver estelar revela el origen de moléculas radioactivas.
Observaciones llevadas a cabo con ALMA detectan el isótopo radioactivo aluminio-26 de la remanente CK Vulpeculae.
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| Composición de imágenes de CK Vulpeculae, los restos de una colisión de dos estrellas. Este impacto lanzó moléculas radiactivas al espacio, como se ve en la estructura de doble lápiz del centro, en colores anaranjados. Esta es una imagen de ALMA del monofluoruro de aluminio-27, pero la rara versión isótropa de AlF se encuentra en la misma región. La imagen roja y difusa es una imagen obtenida por ALMA de una región más amplia donde puede verse el polvo. En azul se ven los datos ópticos obtenidos por el Observatorio Gémini. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), T. Kamiński; Gemini, NOAO / AURA / NSF; NRAO / AUI / NSF, B. Saxton. |
Utilizando ALMA y NOEMA, un equipo de astrónomos ha hecho la primera detección definitiva de una molécula radioactiva en el espacio interestelar. La parte radioactiva de la molécula es un isótopo de aluminio. Las observaciones revelan que el isótopo se dispersó en el espacio después de la colisión de dos estrellas, que dejó un remanente conocido como CK Vulpeculae. Es la primera vez que se hace una observación directa de este elemento en una fuente conocida. Anteriormente ya se había identificado este isótopo, pero procedía de la detección de rayos gamma y su origen exacto era desconocido.
El equipo, liderado por Tomasz Kamiński (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Estados Unidos), utilizó ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y el conjunto NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) para detectar una fuente del isótopo radioactivo aluminio-26. La fuente, conocida como CK Vulpeculae, fue vista por primera vez en 1670 y en aquel momento lo que vieron los observadores parecía una “nueva estrella”, brillante y roja. Aunque inicialmente era visible a simple vista, se desvaneció rápidamente y ahora son necesarios potentes telescopios para ver los restos de esta fusión, una tenue estrella central rodeada por un halo de materia incandescente que fluye de ella.
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| Imagen de CK Vulpeculae, los restos de una colisión de doble estrella. Este impacto lanzó moléculas radioactivas al espacio, como se indica en la impresión de este artista, que ofrece una visión muy cercana de cómo se ven estas moléculas. La imagen de fondo se creó a partir de una combinación de imágenes de luz visible del telescopio Gemini (azul), un mapa submilimétrico que muestra el polvo del SMA (amarillo) y finalmente un mapa de la emisión molecular de APEX y el SMA (rojo). Crédito: ESO / L. Calçada. |
348 años después de que el evento inicial se observara, los restos de esta explosiva fusión estelar han llevado a la firma clara y convincente de una versión radioactiva del aluminio, conocido como aluminio-26. Se trata de la primera molécula radioactiva inestable detectada definitivamente fuera del Sistema Solar. Los isótopos inestables tienen un exceso de energía nuclear y, finalmente, decaen en una forma estable.
“La primera observación de este isótopo en un objeto de tipo estelar también es importante en un contexto más amplio: el de la evolución química de la galaxia”, señala Kamiński. “Es la primera vez que se identifica de forma directa el origen en el que se produce el núclido radioactivo aluminio-26”.
Kamiński y su equipo detectaron la única firma espectral de moléculas compuestas por aluminio-26 y flúor (26AlF) en los restos que rodean a CK Vulpeculae, que se encuentra a unos 2.000 años luz de la Tierra. A medida que estas moléculas giran y caen a través del espacio, emiten una distintiva huella de luz en longitudes de onda milimétricas, un proceso conocido como transición rotacional. Los astrónomos consideran que es la mejor forma de detectar moléculas [1].
La observación de este particular isótopo proporciona nuevas información sobre el proceso de fusión que creó a CK Vulpeculae. También demuestra que las capas profundas, densas, e interiores de una estrella, donde se forjan los elementos pesados y los isótopos radioactivos, pueden ser agitadas y lanzadas al espacio por colisiones estelares.
“Estamos observando las entrañas de una estrella destrozada hace tres siglos por una colisión”, subrayó Kamiński.
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| Ilustración de la colisión de dos estrellas, como las que formaron CK Vulpeculae. El recuadro ilustra la estructura interna de una gigante roja antes de la fusión. Una fina capa de aluminio-26 (en color marrón) rodea un núcleo de helio. Una envoltura extendida convectiva (no a escala), que forma la capa más externa de la estrella, puede mezclar material del interior de la estrella y llevarlo a la superficie, pero nunca llega a la profundidad suficiente como para dragar aluminio-26 hasta la superficie. Sólo una colisión con otra estrella puede dispersar el aluminio-26. Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello. |
Los astrónomos también han determinado que las dos estrellas que se fusionaron tenían masas relativamente bajas, siendo una de ellas una estrella gigante roja con una masa de entre 0,8 y 2,5 veces la de nuestro Sol.
Al ser radioactivo, el aluminio-26 decaerá hasta ser más estable y, en este proceso, uno de los protones del núcleo decaerá en neutrón. Durante este proceso, el núcleo excitado emite un fotón de muy alta energía, que se observa como un rayo gamma [2].
Anteriormente, las detecciones de emisión de rayos gamma han demostrado que en la Vía Láctea hay alrededor de dos masas solares de aluminio-26, pero se desconocía el proceso que creó los átomos radioactivos. Además, debido a la manera en que se detectan los rayos gamma, su origen preciso era también, en gran parte, desconocido. Con estas nuevas medidas, los astrónomos han detectado por primera vez, de forma confirmada, un radioisótopo inestable en una molécula fuera de nuestro Sistema Solar.
Al mismo tiempo, sin embargo, el equipo ha concluido es poco probable que la producción de aluminio-26 por objetos similares a CK Vulpeculae sea la principal fuente de aluminio-26 en la Vía Láctea. La masa de aluminio-26 en CK Vulpeculae es aproximadamente una cuarta parte de la masa de Plutón y dado que estos eventos son tan poco comunes, es muy poco probable que sean los únicos productores del isótopo en la galaxia Vía Láctea. Esto deja la puerta abierta para continuar estudiando estas moléculas radioactivas.
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| NOEMA, el sucesor del observatorio Plateau de Bure, es el radiotelescopio milimétrico más poderoso del hemisferio norte y una de las instalaciones más avanzadas que existen hoy en día para la radioastronomía. Crédito: iram, (Institute de Radioastronomie Milimétrique). |
Notas.
[1] El aluminio-26 contiene 13 protones y 13 neutrones en su núcleo (un neutrón menos que el isótopo estable, aluminio-27). Cuando decae, el aluminio-26 se convierte en magnesio-26, un elemento completamente diferente.
[2] Normalmente, estas características huellas moleculares se obtienen en experimentos de laboratorio. En el caso de 26AlF no puede aplicarse este método, ya que el aluminio-26 no está presente en la tierra. Por tanto, los astrofísicos de laboratorio de la Universidad de Kassel/Alemania utilizaron datos de la huella de moléculas de 27AlF, más estables y abundantes, para derivar datos precisos sobre la molécula de 26AlF, más escasa.
Información adicional
Este trabajo de investigación se present en el artículo científico “Astronomical detection of a radioactive molecule 26AlF in a remnant of an ancient explosion”, que aparecer en la revista Nature Astronomy, https://www.nature.com/articles/s41550-018-0541-x
El equipo está formado por Tomasz Kamiński (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU); Romuald Tylenda (Centro Astronómico N. Copernicus, Varsovia, Polonia); Karl M. Menten (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania); Amanda Karakas (Centro de Astrofísica Monash, Melbourne, Australia); Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, Francia); Alexander A. Breier (Laboratorio Laborastrophysik, Universidad Kassel, Alemania); Ka Tat Wong (Centro de Astrofísica Monash, Melbourne, Australia); Thomas F. Giesen (Laboratorio Laborastrophysik, Universidad Kassel, Alemania); y Nimesh A. Patel (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.).
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• Publicado en ESO el 30 de julio del 2.018, enlace artículo.
