Gwiezdna pozostałość ujawniła pochodzenie radioaktywnych cząsteczek
Dodane przez jacek dnia 02/08/2018 16:24:04
Obserwacje wykorzystujące ALMA znalazły radioaktywny izotop aluminium-26 w pozostałości po CK Vulpeculae

ESO,ALMa,CK Vulpeculae Radioaktywne molekuły w pozostałości po gwiezdnej kolizji
Obraz CK Vulpeculae, pozostałości po zderzeniu gwiazdy podwójnej. Kolizja ta wyrzuciła radioaktywne molekuły w przestrzeń kosmiczną, co widać jako pomarańczową strukturę z dwoma płatami w centrum. Pokazano tutaj obraz z ALMA dla monofluorku aluminium-27, natomiast jego rzadsza wersja izotopowa rozmieszczona jest w tym samym rejonie. Czerwony, rozmyty obraz to dane z ALMA dotyczące pyłu w tym obszarze. Z kole kolor niebieski to dane optyczne w obserwatorium Gemini.
Źródło:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Kamiński; Gemini, NOAO/AURA/NSF; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton
Astronomowie użyli instrumentów ALMA i NOEMA do przeprowadzenia pierwszej definitywnej detekcji radioaktywnej cząsteczki w przestrzeni międzygwiazdowej. Radioaktywną częścią cząsteczki jest izotop aluminium. Obserwacje pokazały, że izotop został rozprzestrzeniony po zderzeniu dwóch gwiazd, którego pozostałością jest CK Vulpeculae. Są to pierwsze bezpośrednie obserwacje tego pierwiastka ze znanego źródła. Wcześniejsze identyfikacje tego izotopu pochodziły z detekcji promieniowania gamma, ale ich dokładne pochodzenie było nieznane.
Treść rozszerzona

Zespół, którym kierował Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), użył Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) do wykrycia źródła radioaktywnego izotopu aluminium-26. Źródło, znane jako CK Vulpeculae, było po raz pierwszy obserwowane w 1670 r. i wtedy ujawniło się obserwatorom jako jasna, czerwona „nowa gwiazda”. Początkowo widoczna nieuzbrojonym okiem, szybko osłabła i obecnie potrzeba potężnych teleskopów, aby zobaczyć pozostałości po tym merdżerze (mergerze) – słabą centralną gwiazdę otoczoną przez halo świecącej materii oddalającej się od niej.

348 lat po początkowych obserwacjach zdarzenia, pozostałości po tym wybuchowym gwiezdnym merdżerze doprowadziły do wyraźnej i przekonywującej detekcji sygnatury radioaktywnej wersji aluminium, znanej jako aluminium-26. Jest to pierwsza niestabilna molekuła radioaktywna wykryta poza Układem Słonecznym w sposób definitywny. Niestabilne izotopy mają nadwyżkę energii jądrowej i rozpadają się do stabilnych form.

„Pierwsze obserwacje tego izotopu w obiekcie typu gwiazdowego są ważne w szerszym kontekście chemicznej ewolucji galaktycznej” zauważa Kamiński. „Po raz pierwszy w sposób bezpośredni zidentyfikowano aktywnego producenta radioaktywnego nuklidu aluminium-26.”

ESO,ALMa,CK Vulpeculae Artist’s impression of stellar collision
Artist impression of the collision of two stars, like the ones that formed CK Vulpeculae The inset illustrates the inner structure of one red giant before the merger. A thin layer of 26-aluminium (brown) surrounds a helium core. An extended convective envelope (not to scale), which forms the outermost layer of the star, can mix material from inside the star to the surface, but it never reaches deep enough to dredge 26-aluminium up to the surface. Only a collision with another star can disperse 26-aluminium.
Źródło:NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Kamiński i jego zespół wykryli unikalną widmową sygnaturę molekuł złożonych z aluminium-26 oraz fluoru (26AlF) w materii otaczającej CK Vulpeculae, która znajduje się około 2000 lat świetlnych od Ziemi. Ponieważ molekuły te obracają się i wirują, emitują charakterystyczny „odcisk palca” na falach milimetrowych. Proces ten jest znany jako przejście rotacyjne. Astronomowie uważają to za podstawowy standard w detekcji molekuł [2].

Obserwacje tego szczególnego izotopu dostarczyły nowego wglądu w proces merdżera, który utworzył CK Vulpeculae. Pokazały także, że głębokie, gęste, wewnętrzne warstwy gwiazdy, gdzie tworzone są ciężkie pierwiastki i radioaktywne izotopy, mogą zostać wyrzucone w przestrzeń kosmiczną podczas gwiezdnych kolizji.

„Obserwujemy wnętrzności gwiazdy rozerwane trzy wieki temu w wyniku kolizji” podkreślił Kamiński.

Astronomowie ustalili także, że dwie gwiazdy, które się zderzyły, były względnie małomasywne. Jedna z nich była czerwonym olbrzymem o masie pomiędzy 0,8, a 2,5 masy Słońca

Będąc radioaktywne, aluminium-26 ulega rozpadowi do bardziej stabilnej formy. W tym procesie jeden z protonów w jądrze zmienia się w neutron, a wzbudzone jądro emituje foton o bardzo dużej energii, który obserwujemy w promieniowaniu gamma [1].

Detekcje emisji promieniowania gamma pokazały wcześniej, że w Drodze Mlecznej występuje aluminium-26 w ilości około dwóch mas Słońca, ale proces, który wytworzył radioaktywne atomy był nieznany. Co więcej, na skutek sposobu, w jaki promieniowanie gamma jest wykrywane, jego dokładne pochodzenie także było w większości nieznane. Dzięki nowym pomiarom astronomowie po raz pierwszy definitywne wykryli niestabilny radioizotop w cząsteczce poza naszym Układem Słonecznym.

Jednak w tym samym czasie zespół stwierdził, iż produkcja aluminium-26 przez obiekty podobne do CK Vulpeculae raczej nie może być głównym źródłem aluminium-26 w Drodze Mlecznej. Masa aluminium-26 w CK Vulpeculae wynosi prawie jedną czwarta masy Plutona, a ponieważ takie zdarzenia są niezmiernie rzadkie, jest wielce nieprawdopodobne, że samodzielnie mogą być jedynymi producentami tego izotopu w Drodze Mlecznej. Pozostawia to otwarte drzwi do dalszych badań radioaktywnych molekuł.

Uwagi

[1] Aluminium-26 ma w swoim jądrze 13 protonów i 13 neutronów (jeden neutron mniej niż stabilny izotop aluminium-27). Po rozpadzie aluminium-26 staje się magnezem-26, czyli zupełnie innym pierwiastkiem.

[2] Charakterystyczne molekularne „odciski palców” są zwykle ustalane w eksperymentach laboratoryjnych. W przypadku 26AlF nie można zastosować tej metody, gdyż aluminium-26 nie występuje na Ziemi. Dlatego astrofizycy z University of Kassel (Niemcy) użyli danych dla stabilnych i powszechnych molekuł 27AlF, aby otrzymać dokładne dane dla rzadkiej cząsteczki 26AlF.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Astronomical detection of a radioactive molecule 26AlF in a remnant of an ancient explosion”, który ukaże się w „Nature Astronomy”.

Skład zespołu badawczego: Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Romuald Tylenda (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN, Warszawa, Polska), Karl M. Menten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy), Amanda Karakas (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australia), Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, Francja), Alexander A. Breier (Laborastrophysik, Universität Kassel, Niemcy), Ka Tat Wong (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australia), Thomas F. Giesen (Laborastrophysik, Universität Kassel, Niemcy) oraz Nimesh A. Patel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 15 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.



Przeczytaj więcej:

Krzysztof Czart Urania - Postępy Astronomii Toruń, Polska

Źródło: ESO