星际空间碰撞星溢出放射性分子

艺术家对两颗恒星碰撞的印象,就像形成CK Vul的恒星。插图说明了合并前一个红色巨人的内部结构。氦核周围包裹着一层薄薄的26铝(棕色)。形成恒星最外层的扩展对流包络层(未按比例缩放)可以将恒星内部的物质混合到地表,但深度永远不会深到无法疏通26铝直至地表。只有与另一颗恒星的碰撞才能散布26铝。

天文学家对星际空间中的放射性分子进行了首次确定性检测:一种形式的单氟化铝(26AlF)的同位素异构体。由ALMA和NOEMA射电望远镜获得的新数据表明,这种放射性同位素从两颗恒星的碰撞中被喷射到了太空中,这是一种极为罕见的宇宙事件,一年中在地球上被观测为“新星”或“新星”。 1670。

当两颗类似太阳的恒星碰撞时,结果可能是壮观的爆炸并形成了一颗全新的恒星。1670年从地球上看到了这样的事件之一。在观察者看来,它是一颗明亮的红色“新星”。尽管最初是用肉眼看到的,但这种宇宙光的爆发很快消失了,现在需要强大的望远镜才能看到这次合并的遗迹:一颗昏暗的中央恒星,周围环绕着发光的光晕。

CK Vul的宽视场合成图像,是双星碰撞的遗迹。如中心的橙色双瓣结构所示,这种撞击将放射性分子发射到太空中。这是27氟化铝的ALMA图像,但罕见的AlF放射性同位素版本位于同一区域。红色的漫射图像是该区域中扩展程度更大的灰尘的ALMA图像。如双子座天文台所见,蓝色是氢的光发射。

此事件发生后约348年,一支由阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和NOEMA(北扩展毫米阵列)射电望远镜组成的国际天文学团队研究了这种爆炸性恒星合并的剩余部分,称为CK Vulpeculae(CK Vul)–并发现了放射性形式的铝(26Al,一个具有13个质子和13个中子的原子)与氟原子结合的清晰而令人信服的特征,形成了26-一氟化铝(26AlF)。

这是在我们的太阳系之外确定地检测到的带有不稳定放射性同位素的第一个分子。不稳定的同位素具有过量的核能,并最终衰减成稳定的,放射性较低的形式。在这种情况下,26铝(26Al)衰减为26镁(26Mg)。

马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的天文学家托马斯•卡米斯基(TomaszKamiński)说:“这种放射性分子的首次固体检测是我们探索冷分子宇宙的重要里程碑。”论文出现在自然天文学中。

研究人员在距地球约2,000光年的CK Vul周围的碎片中检测到了这些分子的独特光谱特征。当这些分子在太空中旋转和翻滚时,它们会发出独特的毫米波波长指纹,这一过程称为“旋转跃迁”。天文学家将此视为分子检测的“金标准”。

CK Vul的合成图像,双星碰撞的残骸。如中心的橙色双瓣结构所示,这种撞击将放射性分子发射到太空中。这是27氟化铝的ALMA图像,但是AlF的罕见同位素形式位于同一区域。红色的漫射图像是该区域中更多尘埃的ALMA图像。如双子座天文台所见,蓝色是氢的光发射。

这些特征性的分子指纹通常取自实验室实验,然后用于识别空间中的分子。在26AlF的情况下,此方法不适用,因为地球上不存在26-Al。因此,来自德国卡塞尔大学的实验室天体物理学家使用稳定且丰富的27AlF分子的指纹数据来得出稀有26AlF分子的准确数据。“这种推断方法基于所谓的Dunham方法,” Kassel团队的Alexander Breier解释说。“它使研究人员能够精确地计算26AlF的旋转跃迁,其精度远远超出天文观测者的需求。”

对这种特定同位素的观察,为创建CK Vul的合并过程提供了新的见解。这也表明,恒星的深层,密集的内层是伪造重元素和放射性同位素的地方,可以通过恒星碰撞来搅动并抛入太空。卡米斯基观察到:“我们观察到三个世纪前一次碰撞将一颗恒星撕裂的胆量。”“多么酷啊?”

天文学家还确定,合并的两颗恒星的质量相对较低,其中一颗是质量为我们太阳质量的0.8至2.5倍的红色巨星。

Kamiński指出:“在类星体中对这种同位素的首次直接观察,在更广泛的银河化学演化背景下也很重要。”“这是首次直接观察到放射性核素26A1的活性生产者。”

几十年来,人们已经知道整个银河系大约散布着三颗太阳的总26 Al。但是,这些观察是在伽马射线波长下进行的,只能识别出信号在那里。他们无法查明单个来源,目前尚不清楚同位素是如何到达那里的。

天文学家得出结论,根据目前对CK Vul中26 Al的质量的估计(大约是冥王星的质量的四分之一),并且很少有诸如此类的合并发生,因此合并似乎不可能完全负责这种银河系放射性物质。

但是,ALMA和NOEMA只能检测与氟结合的26 Al的量。CK Vul(原子形式)中26Al的实际质量可能更大。其他合并遗留物的金额也可能更大。天文学家可能还低估了银河系目前的合并率。卡米斯基(Kamiński)推测:“因此,这不是一个封闭的问题,合并的作用可能微不足道。”

出版物:TomaszKamiński等人,“古代爆炸遗迹中放射性分子26AlF的天文学检测”,《自然天文学》(2018年)

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