Rozervaná těla hvězd odhalují původ radioaktivních molekul

ESO 026/18 tisková zpráva

Pozorování radioteleskopem ALMA pomohla objevit radioaktivní izotop hliníku v pozůstatcích po explozi hvězdy CK Vulpeculae

Astronomům pracujícím s radioteleskopy ALMA a NOEMA se poprvé podařilo v mezihvězdném prostoru identifikovat radioaktivní molekulu obsahující nestabilní izotop hliníku. Pozorování ukázala, že hliník se do vesmíru uvolnil následkem kolize dvou hvězd, která po sobě zanechala pozůstatky hmoty známé jako CK Vulpeculae. Vůbec poprvé se tak ve vzdáleném vesmíru podařilo zaznamenat tento izotop hliníku pocházející ze známého zdroje. Předchozí pozorování byla učiněna v oboru gama záření a přesný původ izotopu tak zůstal neznámý.

Tým vědců pod vedením Tomasze Kamińskieho (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA) použil při svém výzkumu radioaktivního izotopu hliníku ²⁶Al radioteleskopy ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array). Zdroj známý pod označením CK Vulpeculae byl poprvé zaznamenán již v roce 1670, kdy se pozorovatelům na obloze zjevil jako jasná červená ‚nová hvězda‘. Přestože byla zpočátku pozorovatelná i pouhým okem, velmi rychle zeslábla, a nyní je potřeba ke spatření těchto pozůstatků po spojení dvou hvězd použít velkých dalekohledů, ve kterých je patrná slabá centrální hvězda obklopená halem zářící hmoty rozptylující se do okolního prostoru.

Celých 348 let poté, co byl tento jev pozorován, nesou pozůstatky tohoto explozivního spojení dvou hvězd jasné a přesvědčivé známky přítomnosti radioaktivního izotopu hliníku ²⁶Al. Je součástí první radioaktivní molekuly spolehlivě detekované mimo Sluneční soustavu. Nestabilní izotopy mají přebytek jaderné energie a postupně se rozpadají na stabilní formy.

„První pozorování tohoto izotopu u hvězdného objektu je důležité také v širším kontextu chemické evoluce celé Galaxie,“ upozorňuje Tomasz Kamiński. „Vůbec poprvé se podařilo přímo a spolehlivě identifikovat aktivní zdroj radioaktivního izotopu hliníku ²⁶Al.“

Týmu Tomasze Kamińskieho se podařilo nalézt neklamné spektrální známky molekuly monofluoridu hliníku (²⁶AlF) v pozůstatcích hmoty obklopujících hvězdu CK Vulpeculae, která se nachází asi 2 tisíce světelných let od Slunce. Při svém pohybu v kosmickém prostředí tyto molekuly rotují, otáčejí se a při rotačním přechodu emitují typické spektrum záření milimetrových vlnových délek. Pro astronomy je tato metoda identifikace molekul ve vesmíru neocenitelná [1].

Pozorování tohoto konkrétního izotopu nabízí aktuální pohled na proces sloučení, kterým vznikla hvězda CK Vulpeculae. Rovněž demonstruje, že hluboké, husté, vnitřní vrstvy hvězd, ve kterých se utvářejí těžké chemické prvky a radioaktivní izotopy, mohou být promíseny a vyvrženy do okolního vesmíru během hvězdných kolizí.

„Pozorujeme v podstatě vnitřnosti hvězd rozervaných před třemi stoletími při vzájemné kolizi,“ poznamenává Tomasz Kamiński.

Astronomům se rovněž podařilo určit, že hvězdy, které se spojily, měly relativně malou hmotnost – jedna z nich patrně byla rudým obrem o hmotnosti mezi 0,8 a 2,5 hmotnosti Slunce.

Vzhledem k tomu, že hliník ²⁶Al je radioaktivní, rozpadá se do stabilnější formy (jiného prvku) procesem, při kterém se jeden z protonů v jádře přemění na neutron. Přitom jádro vyzáří foton o velmi vysoké energii, který pozorujeme v oboru záření gama [2].

Starší pozorování záření gama ukázala, že v Galaxii se v současnosti nachází celkem asi 2 hmotnosti Slunce v podobě hliníku ²⁶Al, ale procesy, které radioaktivní izotopy vytvořily, zůstaly neznámé. Kromě toho způsob, jakým bylo gama záření detekováno, neumožňoval ani přesněji určit jeho původ. S novými daty se však astronomům podařilo tyto nestabilní radioizotopy v molekulách poprvé spolehlivě detekovat v místech mimo Sluneční soustavu.

Členové týmu však zároveň došli k závěru, že produkce hliníku ²⁶Al objekty podobnými CK Vulpeculae pravděpodobně není hlavním zdrojem tohoto izotopu v naší Galaxii. Hmotnost hliníku ²⁶Al v obálkách CK Vulpeculae je podle jejich odhadu srovnatelná zhruba se čtvrtinou hmotnosti trpasličí planety Pluto. A vzhledem k ojedinělosti těchto událostí je vysoce nepravděpodobné, že jsou jedinými producenty tohoto izotopu v Galaxii. Prostor pro další výzkum přítomnosti tohoto radioaktivního prvku ve vesmíru tak zůstává otevřený.

Zdroj

Poznámky

[1] Charakteristická molekulární spektra jsou obvykle získávána v laboratorních podmínkách. V případě molekuly ²⁶AlF ale tuto metodu použít nelze, protože hliník ²⁶Al se na Zemi nevyskytuje. Fyzikové z University of Kassel (Německo) proto použili data pro stabilní běžnou molekulu ²⁷AlF k modelování charakteristických spekter molekuly ²⁶AlF.

[2] Jádro hliníku ²⁶Al obsahuje 13 protonů a 13 neutronů (má tedy o jeden neutron méně, než stabilní izotop ²⁷Al. Při rozpadu hliníku 26Al vzniká hořčík ²⁶Mg, který je prvkem se zcela odlišnými vlastnostmi.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku ‚Astronomical detection of a radioactive molecule 26AlF in a remnant of an ancient explosion‘, který byl publikován ve vědeckém časopise Nature Astronomy.

Složení týmu: Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Romuald Tylenda (N. Copernicus Astronomical Center, Warsaw, Polsko), Karl M. Menten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Německo), Amanda Karakas (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Austrálie), Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, Francie), Alexander A. Breier (Laborastrophysik, Universität Kassel, Německo), Ka Tat Wong (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Austrálie), Thomas F. Giesen (Laborastrophysik, Universität Kassel, Německo) a Nimesh A. Patel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnějších pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 15 členských států: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a dva přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem světa, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem zařízení APEX a revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.
 

Odkazy

• vědecký článek
• snímky radioteleskopu ALMA
• další detaily v příspěvkuna Blogu

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Tomasz Kamiński; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Cambridge, Massachusetts, USA; Email: tomasz.kaminski@cfa.harvard.edu

Calum Turner; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6670; Email: pio@eso.org