Pressemitteilung

Sternleiche enthüllt Herkunft radioaktiver Moleküle

Radioaktives Isotop Aluminium-26 in dem Überrest CK Vulpeculae mit ALMA-Beobachtungen entdeckt

30. Juli 2018

Astronomen haben mit ALMA und NOEMA den ersten endgültigen Nachweis eines radioaktiven Moleküls im interstellaren Raum machen können. Der radioaktive Teil des Moleküls ist ein Aluminium-Isotop. Die Beobachtungen zeigen, dass das Isotop nach der Kollision von zwei Sternen, die einen Überrest namens CK Vulpeculae hinterließen, im Weltraum verteilt wurde. Dies ist das erste Mal, dass dieses Element aus einer bekannten Quelle direkt beobachtet wird. Bisherige Identifikationen dieses Isotops stammen aus dem Nachweis von Gammastrahlen, aber ihre genaue Herkunft war unbekannt.

Das Team um Tomasz Kamiński  vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge in den USA hat mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) und dem NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) eine Quelle des radioaktiven Isotops Aluminium-26 gefunden. Die Quelle mit der Bezeichnung CK Vulpeculae wurde erstmals 1670 beobachtet und erschien dem Betrachter damals als leuchtend roter "neuer Stern". Zunächst mit bloßem Auge sichtbar, verblasste dann aber schnell. Mittlerweile benötigt man leistungsstarke Teleskope, um die Überreste der Verschmelzung zu sehen, die hier stattgefunden hat: ein schwacher Zentralstern, der von einem Halo aus leuchtendem Material umgeben ist.

348 Jahre nach dem ersten Ereignis haben die Überreste der explosiven stellaren Verschmelzung zu einer klaren und überzeugenden Signatur einer radioaktiven Version von Aluminium geführt, die als Aluminium-26 bezeichnet wird. Dies ist das erste instabile radioaktive Molekül, das definitiv außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen wurde. Instabile Isotope haben einen Überschuss an Kernenergie und zerfallen schließlich in eine stabile Form.

"Diese erste Beobachtung dieses Isotops in einem sternartigen Objekt ist auch im weiteren Kontext der galaktischen chemischen Evolution von Bedeutung", erläutert Kamiński "Dies ist das erste Mal, dass ein aktiver Produzent des radioaktiven Nuklids Aluminium-26 direkt identifiziert werden konnte."

Kamiński und sein Team entdeckten die einzigartige spektrale Signatur von Molekülen aus Aluminium-26 und Fluor (²⁶AlF) in den Trümmerteilen um CK Vulpeculae, die etwa 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Während diese Moleküle durch den Raum taumeln und sich dabei drehen, geben sie einen markanten "Fingerabdruck" bei Millimeterwellenlängen ab, ein Prozess, der als Rotationsübergang bezeichnet wird. Für Astronomen ist dies der "Goldstandard" für den Nachweis von Molekülen [1].

Die Beobachtung dieses speziellen Isotops liefert neue Einblicke in den Fusionsprozess, der CK Vulpeculae hervorgebracht hat. Es zeigt auch, dass die tiefen, dichten, inneren Schichten eines Sterns, in denen schwere Elemente und radioaktive Isotope geschmiedet werden, durch Sternkollisionen aufgewühlt und ins All geworfen werden können.

"Wir beobachten die Eingeweide eines vor drei Jahrhunderten durch eine Kollision zerrissenen Sterns", merkt Kamiński an.

Die Astronomen stellten auch fest, dass die beiden miteinander verschmolzenen Sterne von relativ geringer Masse waren, einer davon ein roter Riesenstern mit einer Masse zwischen 0,8 und 2,5 mal so groß wie unsere Sonne.

Da Aluminium-26 radioaktiv ist, zerfällt es, um stabiler zu werden, und bei diesem Prozess zerfällt eines der Protonen im Kern in ein Neutron. Dabei emittiert der angeregte Kern ein Photon mit sehr hoher Energie, das wir als Gammastrahlung beobachten [2].

Früher haben Nachweise der Gammastrahlenemission gezeigt, dass etwa zwei Sonnenmassen Aluminium-26 in der Milchstraße vorhanden sind, aber der Prozess, der die radioaktiven Atome erzeugt hat, war unbekannt. Aufgrund der Art und Weise, wie Gammastrahlen detektiert werden, war auch deren genaue Herkunft weitgehend unbekannt. Mit diesen neuen Messungen haben Astronomen zum ersten Mal ein instabiles Radioisotop in einem Molekül außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen.

Gleichzeitig ist das Team jedoch zu dem Schluss gekommen, dass die Herstellung von Aluminium-26 durch CK Vulpeculae ähnliche Objekte nicht die Hauptquelle für Aluminium-26 in der Milchstraße sein dürfte. Die Masse von Aluminium-26 in CK Vulpeculae beträgt etwa ein Viertel der Masse des Pluto, und da diese Ereignisse so selten sind, ist es höchst unwahrscheinlich, dass sie die einzigen Produzenten des Isotops in der Milchstraße sind. Damit bleibt die Tür offen für weitere Untersuchungen dieser radioaktiven Moleküle.

Endnoten

[1] Die charakteristischen molekularen Fingerabdrücke stammen meist aus Laborexperimenten. Bei ²⁶AlF ist diese Methode nicht anwendbar, da Aluminium-26 auf der Erde nicht vorkommt. Labor-Astrophysiker der Universität Kassel haben daher die "Fingerabdruckdaten" stabiler und reichlich vorhandener ²⁷AlF-Moleküle genutzt, um genaue Daten für das seltene ²⁶AlF-Molekül abzuleiten.

[2] Aluminium-26 enthält 13 Protonen und 13 Neutronen in seinem Kern (ein Neutron weniger als das stabile Isotop Aluminium-27). Wenn es zerfällt, wird aus Aluminium-26 Magnesium-26, ein völlig anderes Element.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse erscheinen demnächst unter dem Titel Astronomical detection of a radioactive molecule ²⁶AlF in a remnant of an ancient explosion erscheinen demnächst in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind Tomasz Kamiński (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Romuald Tylenda (N. Copernicus Astronomical Center, Warschau, Polen), Karl M. Menten (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn), Amanda Karakas (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australien), Jan Martin Winters (IRAM, Grenoble, Frankreich), Alexander A. Breier (Laborastrophysik, Universität Kassel), Ka Tat Wong (Monash Centre for Astrophysics, Melbourne, Australien), Thomas F. Giesen (Laborastrophysik, Universität Kassel) und Nimesh A. Patel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

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Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Links

• Fachartikel
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Kontaktinformationen

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

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