Colisión de estrellas arroja moléculas radioactivas al espacio
30 Julio, 2018 / Tiempo de lectura: 8 minutes
Artículo científicoUn equipo de astrónomos hizo la primera detección fehaciente de una molécula radioactiva en el espacio interestelar: una variación, o isotopólogo, del monofluoruro de aluminio (26AlF). Los nuevos datos, obtenidos con los radiotelescopios ALMA y NOEMA, revelaron que este isotopólogo radioactivo se formó a partir de la colisión de dos estrellas, un fenómeno cósmico extremadamente raro presenciado en la Tierra como el nacimiento de una “nueva estrella”, o nova, en el año 1670.
Cuando dos estrellas similares a la Tierra chocan, el resultado puede ser una explosión espectacular, seguida del nacimiento de una estrella totalmente nueva. En 1670 se observó un fenómeno de éstos en la Tierra, que en ese entonces cobró el aspecto de una “nueva estrella” roja y brillante. Aunque al principio fue visible a simple vista, esta explosión de luz cósmica rápidamente se desvaneció, y ahora requiere poderosos telescopios capaces de detectar lo que quedó de la colisión: una tenue estrella central rodeada por un halo de material brillante que se aleja de ella.
Cerca de 348 años después de este acontecimiento, un equipo internacional de astrónomos usó los radiotelescopios ALMA y NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) para estudiar los restos de esta explosiva fusión estelar, conocida como CK Vulpeculae (CK Vul), y detectó señales claras y fehacientes de una versión radioactiva del aluminio (26Al, un átomo con 13 protones y 13 neutrones) enlazada con átomos de flúor, que da como resultado el monofluoruro de aluminio-26 (26AlF).
Esta es la primera molécula que contiene un radioisótopo inestable detectada con seguridad fuera de nuestro Sistema Solar. Los isótopos inestables, al contener una cantidad excesiva de energía nuclear, terminan reduciéndose a una forma estable y menos radioactiva. En este caso, el aluminio-26 (26Al) se convierte en magnesio-26 (26Mg).
Imagen compuesta de CK Vul, o lo que quedó de una colisión entre dos estrellas. El impacto arrojó moléculas radioactivas al espacio, como se aprecia en la estructura de lóbulo doble naranja en el centro. Esta es una imagen del monofluoruro de aluminio-27 captada por ALMA, pero la escasa versión isotópica del AlF se encuentra en la misma región. La imagen roja y difusa es una imagen de ALMA correspondiente al polvo presente en un área más amplia. El azul corresponde a emisiones ópticas de hidrógeno captadas por el observatorio Gemini. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Kamiński y M. Hajduk; Gemini, NOAO/AURA/NSF; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton
“La primera detección fehaciente de este tipo de molécula radioactiva es un hito importante en nuestra exploración del Universo molecular”, celebra Tomasz Kamiński, astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica de Cambridge (Massachusetts, EE. UU.) y autor principal de un artículo que se publicará en la revista Nature Astronomy.
Los investigadores detectaron la huella espectral de estas moléculas en los escombros presentes alrededor de CK Vul, que se encuentra a unos 2.000 años luz de la Tierra. Mientras giran en el espacio, estas moléculas emiten una característica luz en longitudes de onda milimétricas, un proceso conocido como transición rotacional. Para los astrónomos, este es el mejor indicio para detectar moléculas.
Las huellas moleculares características generalmente se estudian mediante experimentos en laboratorio. En el caso del 26AlF, el método no sirve porque el aluminio-26 no existe en la Tierra. Por consiguiente, los astrofísicos del laboratorio de la Universidad de Kassel, en Alemania, se basaron en la huella de las moléculas de 27AlF, estables y abundantes, para obtener datos precisos sobre la escasa molécula de 26AlF. “Este método de extrapolación se basa en el llamado enfoque Dunham”, explica Alexander Breier, quien forma parte del equipo de Kassel. “Este enfoque permite a los investigadores calcular las transiciones rotacionales del 26AlF con una precisión que supera con creces las necesidades de los estudios astronómicos”.
La observación de este isotopólogo en particular aporta nuevos datos sobre el proceso de fusión que dio nacimiento a CK Vul. Por otro lado, también demuestra que las densas capas al interior de una estrella, donde se forjan los elementos pesados e isótopos radioactivos, pueden salir a la superficie y ser arrojadas al espacio durante una colisión estelar. “Estamos observando las entrañas de una estrella desintegrada hace tres siglos por una colisión”, señala Kamiński. “Genial, ¿no?”.
Representación artística de la colisión de dos estrellas como las que dieron nacimiento a CK Vul. El recuadro ilustra la estructura interna de una gigante roja antes de la fusión, donde una fina capa de aluminio-26 (café) rodea el núcleo de helio. El extenso envoltorio convectivo (no está representado a escala) que constituye la capa externa de la estrella puede mezclar el material interno y superficial, pero nunca alcanza profundidades suficientes para extraer el aluminio-26. Solo una colisión con otra estrella puede dispersar el aluminio-26. Créditos: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello
Los astrónomos también descubrieron que las dos estrellas que se fusionaron tenían una masa relativamente baja, siendo una de ellas una estrella roja gigante con una masa de entre 0,8 y 2,5 veces la masa de nuestro Sol.
“Esta primera observación directa de un isótopo en un objeto de tipo estelar también es importante en el contexto más amplio de la evolución química galáctica”, agrega Kamiński. “Es la primera vez que se identifica un productor activo del nucleido radioactivo 26Al a través de observaciones directas”.
Hacía décadas que se conocía la existencia de una cantidad de 26Al equivalente a unos tres soles repartida por la Vía Láctea. Sin embargo, las observaciones que habían permitido detectar su presencia, realizadas en longitudes de onda de rayos gamma, no permitían identificar las fuentes individuales ni explicar de dónde provenían los isótopos.
Con las estimaciones actuales de la masa de 26Al en CK Vul (cerca de un cuarto de la masa de Plutón) y la escasez de fusiones estelares como ésta, los astrónomos consideran poco probable que las fusiones sean el único fenómeno responsable de la existencia de este material radioactivo.
Ahora bien, ALMA y NOEMA solo pueden detectar la cantidad de 26Al enlazado con flúor, con lo cual no se descarta que haya mucho más 26Al en CK Vul (en su forma atómica). También es posible que otros remanentes de fusiones contengan mayores cantidades y que los astrónomos hayan subestimado la frecuencia de las fusiones en la Vía Láctea. “El asunto dista de estar zanjado, y es posible que las fusiones desempeñen un papel nada desdeñable”, advierte Kamiński.
Imagen de ALMA de la molécula radioactiva de monofluoruro de aluminio-26 detectada en CK Vul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NRAO/AUI/NSF; B. Saxton
Información adicional
Esta investigación se presenta en un artículo titulado "Detección astronómica de una molécula radioactiva 26AlF en un remanente de una explosión antigua" (“Astronomical detection of a radioactive molecule 26AlF in a remnant of an ancient explosion”), por T. Kamiński et al. en la revista Nature Astronomy.
El descubrimiento involucró los siguientes telescopios e instalaciones: APEX, IRAM 30m, NOEMA, ALMA y SMA. Las observaciones más relevantes se realizaron con el interferómetro PdBI / NOEMA y con el conjunto de ALMA, incluido el receptor de la banda 5 recientemente comisionado.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
