آزادسازی مولکول‌های رادیواکتیو در فضا

وقتی دو ستاره مانند خورشید با هم برخورد می‌کنند، نتیجه‌ی این برخورد، یک انفجار تماشایی و دیدنی و در نهایت تولید یک ستاره کاملاً جدید است. چنین پدیده‌ای در سال ۱۶۷۰ از زمین دیده شد. ناظران این پدیده را به‌صورت یک ستاره‌ی درخشان و قرمز تازه‌ مشاهده کردند. این پدیده هرچند با چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود؛ اما انفجار نور کیهانی به‌سرعت ناپدید شد و اکنون به تلسکوپ‌های قدرتمندی برای مشاهده بقایای این ادغام نیاز است. ستاره‌ی کم‌نور مرکزی با هاله‌ای از مواد درخشان احاطه شده است و این مواد به سمت بیرون در جریان‌اند و بخشی از بقایای این انفجار کیهانی محسوب می‌شوند.

تقریباً‌ ۳۴۸ سال پس از این پدیده، یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان شروع به مطالعه‌ی این ادغام انفجاری ستاره‌ای کردند. در این مطالعه، آن‌ها از تلسکوپ‌های رادیویی آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) و NOEMA (آرایه میلی‌متری ممتد شمالی) بهره بردند. این ادغام انفجاری ستاره‌ای به نام CK Vulpeculae یا به اختصار CK Vul شناخته می‌شود. پژوهشگران نشانه‌های قانع‌کننده‌ و واضحی از یک نسخه‌ی رادیواکتیو آلومینیومی یافتند (اتمی با ۱۳ پروتون و ۱۳ نوترون) که با اتم‌های فلوئور پیوند داشت و مونوفلوئورید آلومینیوم ۲۶ را تشکیل می‌داد.

این یک تصویر مفهومی از برخورد دو ستاره است، همانند دو ستاره‌ای که CK Vul را تشکیل دادند. تصویر، ساختار درونی غول سرخ را قبل از ادغام شدن نشان می‌دهد. لایه نازکی از آلومینیوم ۲۶ (قهوه‌ای) یک هسته هلیومی را احاطه می‌کند. یک پوشش همرفتی ممتد بیرونی‌ترین لایه ستاره را تشکیل می‌دهد. این لایه می‌تواند مواد را از لایه‌های درونی ستاره به سطح بکشد و ترکیب کند، اما هیچگاه نمی‌تواند به عمقی نفوذ کرده و آلومینیوم ۲۶ را به سطح آورد. تنها برخورد با یک ستاره دیگر می‌تواند باعث از هم پاشیدن آلومینیوم ۲۶ شود.

این مولکول نخستین مولکول حاوی رادیوایزوتوپ ناپایدار کشف‌شده در خارج منظومه‌ی شمسی است. ایزوتوپ ناپایدار انرژی هسته‌ای بسیار زیادی دارد، به‌همین دلیل به شکلی پایدار با رادیواکتیویته کمی فروپاشی می‌کند. در این مورد، آلومینیوم ۲۶ به منیزیم ۲۶ فروپاشی می‌کند. توماس کامینسکی اخترشناس مرکز اسمیت‌سونیان هاروارد بخش اخترفیزیک در کمبریج، ماساچوست و همچنین نویسنده ارشد یک مقاله در Nature Astronomy می گوید:

اولین کشف محکم ما از این نوع مولکول رادیواکتیو، گام مهمی در کاوش جهان مولکولی است.

پژوهشگران نشانه‌های طیفی منحصربه‌فردی از این مولکول‌ها را در بقایایی پیدا کردند که CK Vul را احاطه می‌کنند. CK Vul، دوهزار سال نوری از زمین فاصله دارد. با اسپین و لرزش مولکول‌ها در فضا، حالت مشخص و نشانه‌داری از نور در قالب طول موج میلی‌متری نشر می‌کنند؛ این فرایند انتقال چرخشی نامیده می‌شود. اخترشناسان این موضوع را استاندارد طلایی برای شناسایی مولکولی تلقی می‌کنند.

این مشخصه‌های انگشت‌نگاری مولکولی معمولاً از تجربه‌های آزمایشگاهی حاصل می‌شوند و سپس برای شناسایی مولکول‌ها در فضا به‌کار می‌روند. درمورد 26ALF، این روش کاربردی نیست؛ زیرا آلومینیوم در زمین حضور ندارد. اخترفیزیک‌دانان آزمایشگاهی از دانشگاه کاسل/آلمان از داده‌های انگشت نگاری استفاده کرد تا از مولکول‌های 27ALF پایدار و فراوان اطلاعات دقیقی برای نمونه کمیاب مولکول 26ALF استنتاج کنند. الکساندر بریر عضو تیم کاسل اینگونه توضیح می‌دهد:

این روش برون‌یابی مبتنی بر روشی معروفی به نام روش دانهام است. این روش به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا بتوانند دقیقاً انتقال چرخشی 26ALF را با دقتی بیشتر از آنچه در مشاهدات نجومی لازم است، محاسبه کنند.

مشاهدات ایزوتوپولوگ‌ها isotopologue بینش تازه‌ای از فرایند ادغام را که منجر به تشکیل CK Vul شد، بر ما آشکار می‌کند. همچنین نشان می‌دهد که لایه‌های داخلی عمیق و چگال ستاره می‌توانند با برخوردهای ستاره‌ای فشرده شوند و در فضا رها شوند. در این لایه‌ها، عناصر سنگین و ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ساخته ‌می‌شوند. کامینسکی از آنچه مشاهده کرده می‌گوید:

ما بقایای ستاره‌ای را می‌بینیم که سه قرن پیش با یک برخورد فروپاشید. چقدر این مسئله هیجان‌انگیز است!

اخترشناسان تعیین کردند دو ستاره‌‌ی ادغام‌شده جرم نسبتاً کمی داشتند. یکی از آن‌ها یک ستاره غول قرمز بود و جرم‌هایی به‌میزان ۰/۸ و ۲/۵ برابر خورشید داشتند. کامینسکی خاطرنشان می‌کند:

اولین مشاهدات مستقیم این ایزوتوپ در یک جرم ستاره‌مانند در باب تکامل شیمیایی کهکشانی در مفهومی وسیع‌تر دارای اهمیت است. این اولین باری است که یک تولیدکننده‌ی فعال هسته رادیواکتیو 26Al، با مشاهده‌ی مستقیم شناسایی شده است.

دهه‌هاست این تصور وجود دارد که در سراسر منظومه‌ی شمسی، سه خورشید قابلیت آزاد‌سازی 26Al دارند؛ اما این مشاهدات در طول موج گاما هستند. بنابراین فقط می‌توانیم مشخص کنیم سیگنالی در آن مکان وجود دارد یا نه. این امواج نمی‌توانند چشمه‌های منفرد را مکان‌یابی کنند و از طرفی معلوم نیست ایزوتوپ‌ها چگونه به آن محل رسیدند.

تخمین‌های ما نشان می‌دهند این ادغام‌ها به تنهایی نمی‌توانند عامل مواد رادیواکتیو کهکشانی باشند. تخمین‌های جرمی 26Al در CK Vul (حدود ربع جرم پلوتو) و ادغام‌های نادر رخدادی از این قبیل، اخترشناسان را به این نتیجه‌گیری وامی‌دارد.

ALMA و NOEMA تنها مقادیر 26Al در پیوند با فلوئور را شناسایی می‌کنند. ممکن است جرم واقعی 26AL در CK Vul (در شکل اتمی) بیشتر باشد. این احتمال وجود دارد مقادیر بقایای قابل ادغام بیشتر باشد. اخترشناسان ممکن است آهنگ‌های ادغام در راه شیری را نیز کم‌تر از مقدار واقعی تخمین زده باشند. کامینسگی فکر می‌کند این یک مسئله دور از دسترس نیست و نقش ادغام‌شوندگان بی‌اهمیت جلوه نمی‌کند.