Radioactief molecuul gevonden in de ruimte

artist impression - CK-Vulpeculae
Artist impression van de botsing van twee sterren die bijvoorbeeld ook CK Vulpeculae hebben gevormd. De inzet geeft de binnenste structuur weer van de rode reus voor het samensmelten. Een dunne laag van 26Al (bruin) omringd de kern van helium. De buitenste laag van de ster kan er voor zorgen dat materiaal vanuit het binnenste wordt gemengd naar het oppervlak toe maar komt nooit diepe genoeg om de 26Al naar het oppervlak te slepen. Alleen een botsing met een andere ster kan er voor zorgen dat 26Al in de ruimte wordt verspreid. Image credit: NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello.

Astronomen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) voor het eerst een radioactief molecuul gedetecteerd in de interstellaire ruimte. De waarnemingen laten zien dat dit molecuul, een isotoop van Aluminiumfluoride (26AlF) na een botsing van twee sterren in de ruimte is verspreid. Deze botsing werd in 1670 als een nova vanaf de Aarde waargenomen.

Toen twee zonachtige sterren botsten resulteerde dit een geweldige explosie en werd er een hele nieuwe ster gevormd. Een dergelijke gebeurtenis werd in 1670 vanaf de Aarde waargenomen. Voor waarnemers op Aarde was dit zichtbaar als een zeer heldere rode nova die nu bekend is als CK Vulpecula.

Oorspronkelijk was de uitbarsting met het blote oog zichtbaar maar de uitbarsting verloor snel zijn helderheid en nu zijn er krachtige telescopen zichtbaar om de overblijfselen van deze samensmelting van sterren te kunnen zien: het gaat dan om een zwakke centrale ster die omringd wordt door een halo van gloeiend materiaal dat van de ster weg wordt geblazen.

Meer dan drie eeuwen na deze gebeurtenis bestudeerden astronomen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de overblijfselen van deze explosieve stellaire samensmelting en ze ontdekten een helder en overtuigend signaal van het radioactieve isotoop van aluminium (26Al). Dit isotoop heeft een gemiddelde levensduur van 1,04 miljoen jaar en is gebonden aan fluor om zo 26AlF te vormen.

Het is het eerste molecuul dat een instabiel radioactief isotoop heeft dat buiten ons zonnestelsel is ontdekt.

De kenmerkende unieke handtekening van de moleculen werd gevonden in het stof dat CK Vulpeculae omringd. Deze nova is ongeveer 2000 lichtjaar van ons verwijderd.

Tijdens het ronddraaien van deze moleculen in de ruimte zenden ze op millimeter golflengte een kermerkende vingerafdruk uit. Astronomen gebruiken deze eigenschappen om moleculen in het heelal te kunnen detecteren en identificeren.

De waarneming van 26Al levert nieuwe inzichten op in het samensmeltingsproces waaruit CK Vulpeculae is ontstaan. Tevens toont het aan dat de diepe en compacte binnenste lagen van een ster, de plaats waar zware elementen en isotopen worden gemaakt, door middel van stellaire botsingen in de interstellaire materie terecht kan komen. Zoals de onderzoekers het uitleggen: we bestuderen de ingewanden van een ster die drie eeuwen geleden bij een botsing uit elkaar werd gerukt.

De restanten van CK-Vulpeculae
Dit is een afbeelding van CK Vulpeculae, de overblijfselen van de botsende dubbelster. Door de inslag werden er radioactieve moleculen in de ruimte verspreid. De afbeelding is een combinatie van opnames in zichtbaar licht gemaakt met de Gemini telescoop (blauw), een afbeelding in submillimeter (geel) en de moleculaire emissie van de APEX en de MA (rood). Credit: L. Calçada / ESO.

De astronomen bepaalden ook dat de twee sterren die met elkaar versmolten beiden een relatief geringe massa hadden, een van de sterren was een rode reus met een massa tussen 0,8 en 2,5 zonsmassa.

26Al is radioactief en zal naar verloop van tijd vervalen naar een stabiel isotoop en tijdens dit proces zal een van de protonen in de kern vervallen tot een neutron. Tijdens dit proces zal de aangeslagen kern een foton uitzenden dat een hele hoge energie heeft en dit kunnen we in de vorm van gammastraling waarnemen.

Eerdere waarnemingen van gammastraling hadden al aangetoond dat ons sterrenstelsel ongeveer 2 zonsmassa aan 26Al bevat maar het proces waarbij deze radioactieve atomen werden gemaakt was tot voor kort onbekend. Bovendien was de precieze locatie onbekend en dat heeft te maken met de manier waarop gammastralen worden gedetecteerd.

Tegelijkertijd hebben astronomen echter geconcludeerd dat de hoeveelheid 26Al die door objecten als CK Vulpeculae wordt geproduceerd onvoldoende is om de belangrijkste bron van het 26Al in ons sterrenstelsel te zijn.

De massa van 26Al in CK Vulpeculae is ongeveer gelijk aan een kwart van de massa van Pluto en er van uitgaande dat dergelijke processen extreem zeldzaam zijn is het hoogst onwaarschijnlijk dat samensmeltingen van sterren de enige producenten zijn van dit isotoop in ons sterrenstelsel. Dat zorgt er voor dat astronomen verder zullen moeten zoeken naar radioactieve moleculen.

Het onderzoek is op 30 juli 2018 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy

Tomasz Kamiński et al. Astronomical detection of radioactive molecule 26AlF in the remnant of an ancient explosion.

 

Eerste publicatie: 8 augustus 2018