Astronomen die gebruik maken van ALMA en NOEMA hebben voor het eerst met zekerheid een radioactief molecuul in de interstellaire ruimte gedetecteerd. Het radioactieve deel van het molecuul is een isotoop van aluminium. De waarnemingen laten zien dat de isotoop na de botsing tussen twee sterren, waarbij een restant achterbleef dat CK Vulpeculae wordt genoemd, over de ruimte is verspreid. Dit is de eerste keer dat dit element rechtstreeks is aangetoond bij een specifiek object.
Van deze isotoop is eerder wel al gammastraling gedetecteerd, maar de exacte oorsprong daarvan was onbekend. Een onderzoeksteam onder leiding van Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, VS) heeft de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) gebruikt om een bron van de radioactieve isotoop aluminium-26 op te sporen. De bron, bekend als CK Vulpeculae, werd voor het eerst opgemerkt in 1670 en vertoonde zich zich toentertijd als een heldere, rode ‘nieuwe ster’. Nadat hij aanvankelijk waarneembaar was met het blote oog, werd deze ster snel zwakker. Inmiddels hebben astronomen krachtige telescopen nodig om de overblijfselen van deze samensmelting van sterren te kunnen zien. Ze bestaan uit een zwakke centrale ster, omringd door een krans van gloeiend materiaal dat er van wegstroomt. 348 jaar na dato hebben waarnemingen van het overblijfsel van deze explosieve gebeurtenis geleid tot de overtuigende detectie van een duidelijke signatuur van een radioactieve versie van aluminium, die aluminium-26 wordt genoemd. Dit is het eerste instabiele radioactieve molecuul dat met zekerheid buiten ons zonnestelsel is gedetecteerd. Instabiele isotopen hebben een overschot aan nucleaire energie en vervallen uiteindelijk tot een stabiele vorm.
‘Deze eerste waarneming van deze isotoop in een sterachtig object is ook belangrijk in de bredere context van de chemische evolutie van onze Melkweg’, merkt Kamiński op. ‘Het is voor het eerst dat een actieve producent van de radioactieve nuclide aluminium-26 rechtstreeks is geïdentificeerd.’ Kamiński en zijn team ontdekten de unieke spectrale signatuur van moleculen bestaande uit aluminium-26 en fluor (26AlF) in het puin rond CK Vulpeculae, dat ongeveer 2000 lichtjaar van de aarde verwijderd is. Via een proces dat rotatieovergang wordt genoemd, zenden deze in de ruimte ronddraaiende en tuimelende moleculen karakteristieke straling op millimeter-golflengten uit. Astronomen gebruiken deze eigenschap om allerlei moleculen in de interstellaire ruimte te kunnen aantonen [2].
De waarneming van deze specifieke isotoop geeft nieuw inzicht in het samensmeltingsproces waarbij CK Vulpeculae is ontstaan. Ze toont ook aan dat de diepe, dichte, binnenste lagen van een ster, waar zware elementen en radioactieve isotopen worden geproduceerd, kunnen worden omgewoeld en bij botsingen tussen sterren de ruimte in worden geblazen. ‘We zien hier de ingewanden van een ster die drie eeuwen geleden door een botsing uit elkaar is gerukt’, vat Kamiński samen.
De astronomen hebben ook vastgesteld dat de twee sterren die samensmolten een relatief lage massa hadden. Een van beide was een rode reuzenster met een massa die ergens tussen de 0,8 en 2,5 zonsmassa lag. Het radioactieve aluminium-26 vervalt tot een stabiele nuclide, en daarbij verandert een van de protonen in de kern in een neutron. Bij dit proces wordt een foton met zeer hoge energie uitgezonden, dat we waarnemen als gammastraling [1].
Eerdere detecties van gammastraling hebben uitgewezen dat er ongeveer twee zonsmassa’s aan aluminium-26 aanwezig is in onze Melkweg, maar door welk proces deze radioactieve atomen werden geproduceerd was onbekend. Bovendien was, vanwege de manier waarop gammastraling wordt gedetecteerd, ook hun precieze oorsprong grotendeels onbekend. Met deze nieuwe metingen hebben astronomen voor het eerst met zekerheid een instabiele radio-isotoop gedetecteerd in een molecuul buiten ons zonnestelsel.
Tegelijkertijd is het team echter tot de conclusie gekomen dat de productie van aluminium-26 door objecten als CK Vulpeculae waarschijnlijk niet de belangrijkste bron van aluminium-26 in de Melkweg is. De hoeveelheid aluminium-26 in CK Vulpeculae komt ruwweg overeen met een kwart van de massa van Pluto. Omdat gebeurtenissen van dit type zo zeldzaam zijn, is het hoogst onwaarschijnlijk dat zij de enige producenten van deze isotoop in de Melkweg zijn. De zoektocht naar deze radioactieve moleculen gaat dus door.
Noten
[1] Aluminium-26 heeft 13 protonen en 13 neutronen in zijn kern – één neutron minder dan de stabiele isotoop, aluminium-27. Wanneer aluminium-26 vervalt, verandert het in magnesium-26, een heel ander element.
[2] De karakteristieke ‘vingerafdrukken’ van een molecuul worden doorgaans bij laboratoriumexperimenten vastgesteld. In het geval van 26AlF is het niet zo gegaan, omdat aluminium-26 niet voorkomt op aarde. Laboratorium-astrofysici van de Universiteit van Kassel in Duitsland hebben daarom de vingerafdrukken van stabiele en alom aanwezige 27AlF-moleculen gebruikt om nauwkeurige gegevens voor het zeldzame 26AlF-molecuul af te leiden.
