Lehdistötiedote

Tähden ruumis paljastaa radioaktiivisten molekyylien alkuperän

ALMA-havainnot löysivät radioaktiivista isotooppia alumiini-26 tähden CK Vulpeculae jäänteestä

30. heinäkuuta 2018

ALMA:a ja NOEMA:a käyttäneet tähtitieteilijät ovat tehneet ensimmäisen varman havainnon radioaktiivisesta molekyylistä tähtienvälisessä avaruudessa. Molekyylin radioaktiivinen osa on alumiinin isotooppi. Havainnot paljastavat, että isotooppi levisi avaruuteen kahden tähden törmäyksen seurauksena. Jäljelle jäi tähden jäänne, joka tunnetaan nimellä CK Vulpeculae. Tämä on ensimmäinen kerta, kun suora havainto tästä alkuaineesta on tehty tunnetusta lähteestä. Aikaisemmat tämän isotoopin löydökset ovat tulleet gammasädehavainnoista, mutta niiden tarkka alkuperä on ollut tuntematon.

Tomasz Kamińskin (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA) johtama tutkimusryhmä käytti ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) ja NOEMA-laitteistoa (NOrthern Extended Millimeter Array) tunnistamaan tämän radioaktiivisen alumiini-26 -isotoopin lähteen. Nimellä CK Vulpeculae tunnettu lähde havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1670 ja tuohon aikaan havaitsijat näkivät kirkkaan, punaisen "uuden tähden". Vaikka se oli alkuunsa nähtävissä paljain silmin, se himmeni nopeasti ja nyt vaatii tehokkaan teleskoopin tämän yhteensulautumisen jäänteen näkemiseksi. Kyseessä on himmeä keskustähti, jota ympäröi siitä ulos virtaavan hohtavan materian halo.

Tämän räjähdysmäisen tähtien yhteensulautumisen jäänteet ovat 348 vuotta alkuperäisen tapahtuman havaitsemisen jälkeen johtaneet tyyppiä alumiini-26 olevan alumiinin radioaktiivisen version selvään ja vakuuttavaan tunnusmerkkiin. Tämä on ensimmäinen epävakaa radioaktiivinen molekyyli, joka on vakuuttavasti havaittu aurinkokunnan ulkopuolella. Epävakailla isotoopeilla on ydinenergiaylijäämää ja lopulta ne hajoavat vakaiksi muodoiksi.

"Tämä ensimmäinen tämän isotoopin havainto tähdenkaltaisessa kohteessa on myös tärkeä galaksin kemiallisen evoluution laajemmassa asiayhteydessä," huomauttaa Kamiński. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun radioaktiivisen alumiini-26 -nuklidin aktiivinen tuottaja on suoraan tunnistettu."

Kamiński ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat alumiini-26:sta ja fluorista koostuvan molekyylin (²⁶AlF) ainutlaatuisen spektritunnusmerkin noin 2000 valovuoden etäisyydellä Maasta olevaa jäännettä CK Vulpeculae ympäröivissä jätteissä. Näiden molekyylien kieppuessa ja vyöryessä avaruuden halki, ne säteilevät omalaatuista millimetriaallonpituuden valon sormenjälkeä prosessissa, joka tunnetaan rotaatiosiirtymänä. Tähtitieteilijät pitävät tätä molekyylihavaintojen "kultastandardina" [1].

Tämän nimenomaisen isotoopin havaitseminen tarjoaa tuoretta tietoa CK Vulpeculaen muodostaneesta yhteensulautumisprosessista. Se osoittaa myös, että tähden syvät, tiheät sisäkerrokset, joissa raskaat alkuaineet ja radioaktiiviseet isotoopit muodostuvat, saattavat repeillä hajalle ja levitä avaruuteen tähtien törmäyksissä.

"Me havaitsemme kolme vuosisataa sitten tapahtuneen törmäyksen hajalle repimän tähden sisäelimiä," huomauttaa Kamiński.

Tähtitieteilijät ovat myös määrittäneet, että kaksi yhteensulautunutta tähteä olivat suhteellisen pienimassaisia. Toinen oli punainen jättiläistähti, jonka massa oli jossakin 0.8 ja 2.5 oman Aurinkomme massan välillä.

Radioaktiivisena alumiini-26 hajoaa tullen vakaammaksi ja tässä prosessissa yksi ytimen protoneista hajoaa neutroniksi. Tämän prosessin aikana virittynyt ydin säteilee hyvin suuren energian fotonin, jonka me havaitsemme gammasäteenä [2].

Aikaisemmat gammasäteilyn havainnot ovat osoittaneet, että Linnunradassa on noin kahden auringon massan verran alumiini-26:a, mutta radioaktiiviset atomit muodostanut prosessi oli tuntematon. Lisäksi gammasäteiden havaintotavasta johtuen niiden tarkka alkuperä oli suurelti tuntematon. Näiden uusien mittausten myötä tähtitieteilijät ovat havainneet varmasti ensimmäisen kerran epävakaan radioisotoopin aurinkokunnan ulkopuolisessa molekyylissä.

Samanaikaisesti tutkimusryhmä on kuitenkin päätellyt, että CK Vulpeculaen kaltaisten kohteiden alumiini-26:n tuotanto ei oletettavasti ole merkittävä alumiini-26:n lähde Linnunradassa. Alumiini-26:n massa CK Vulpeculaessa on jokseenkin neljännes Pluton massasta ja ottaen huomioon, että nämä tapahtumat ovat hyvin harvinaisia, on hyvin luultavaa, että ne eivät ole isotoopin ainoita tuottajia Linnunradassa. Tämä jättää oven auki tämän radioaktiivisen molekyylin jatkotutkimuksille.

Lisähuomiot

[1] Molekyylien luonteenomaiset sormenjäljet saadaan yleensä laboratoriokokeissa. ²⁶AlF:n tapauksessa tätä menetelmää ei voida käyttää, koska alumiini-26:ta ei esiinny Maapallolla. Saksalaisen Kasselin yliopiston laboratorioastrofyysikot ovat siten käyttäneet vakaiden ja runsaslukuisten ²⁷AlF-molekyylien sormenjälkiaineistoa määrittääkseen tarkkaa aineistoa harvinaisille ²⁶AlF-molekyyleille.

[2] Alumiini-26 sisältää ytimessään 13 protonia ja 13 neutronia (yhden neutronin vähemmän kuin vakaa isotooppi alumiini-27). Alumiini-26:n hajotessa se muuttuu magnesium-26:ksi, joka on aivan eri alkuaine.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "Astronomical detection of a radioactive molecule ²⁶AlF in a remnant of an ancient explosion", joka ilmestyy julkaisusarjassa Nature Astronomy.

Tutkimusryhmään kuuluvat Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Romuald Tylenda (N. Copernicus Astronomical Center, Varsova, Puola), Karl M. Menten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Saksa), Amanda Karakas (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australia), Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, Ranska), Alexander A. Breier (Laborastrophysik, Universität Kassel, Saksa), Ka Tat Wong (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australia), Thomas F. Giesen (Laborastrophysik, Universität Kassel, Saksa) ja Nimesh A. Patel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
  
• Valokuvia ALMA:sta
  
• Lisää yksityiskohtia selittävä blogikirjoitus

Yhteystiedot

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

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

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media