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

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.

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 2000 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.

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.
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.

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.).

Moléculas radioactivas en los restos de una colisión estelar

Composición de imágenes de CK Vulpeculae, los restos de una colisión de dos estrellas. Este impacto lanzó moléculas radioactivas al espacio, como se ve en la estructura de doble lóbulo 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

Ilustración de una colisión estelar

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

La posición de la Nova Vul 1670 en la constelación de Vulpecula

Este mapa incluye la mayoría de las estrellas que pueden verse en una noche clara a simple vista. Muestra la pequeña constelación de Vulpecula (el zorro), que se encuentra cerca de otra constelación más conocida, Cygnus (el cisne), en el norte de la Vía Láctea.
La ubicación de la explosiva estrella Nova Vul 1670 está marcada con un círculo rojo.

Crédito:

ESO, IAU, and Sky & Telescope

 Visión de amplio campo del cielo que rodea a la Nova Vul 1670

 En esta visión de amplio campo podemos ver el cielo que rodea al lugar de la histórica explosión de la estrella Nova Vul 1670. Los restos de la nova se ven muy débilmente en el centro de esta imagen.

Nuevas observaciones, llevadas a cabo con APEX y otros telescopios, revelan que la estrella que vieron los astrónomos europeos no era una nova, sino un tipo de colisión estelar mucho más excepcional y violento. Fue lo suficientemente espectacular como para verse fácilmente a simple vista durante su primer estallido, pero los rastros que dejó eran tan débiles que ha sido necesario utilizar telescopios submilimétricos para poder despejar el misterio más de 340 años después.

Crédito:

ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Fuente: Observatorio Europeo Austral