31 июля 2018

В космосе впервые обнаружен радиоактивный алюминий

Радиотелескоп ALMA

Изотоп алюминия астрономы впервые уверенно зарегистрировали в межзвездном пространстве. Изотоп был рассеян в пространстве после столкновения двух звезд. Ранее он был обозначен как объект CK Лисички.

Радиоактивные молекулы алюминия заметили в космосе при помощи телескопов ALMA и NOEMA. Это первое прямое наблюдение радиоактивного алюминия с отождествленным источником. Ранее этот изотоп идентифицировался по гамма-излучению, источник которого не был достоверно установлен.

Группа исследователей под руководством Томаша Каминьски (Tomasz Kamiński) из Гарвардского Смитсонианского астрофизического центра в Кембридже, США, зарегистрировала на антенных решетках ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) источник излучения радиоактивного изотопа алюминия-26. Этот источник, изначально обозначенный CK Лисички, был открыт в 1670 году: в это время он описывался наблюдателями как яркая красная “новая звезда”. Видимая вначале невооруженным глазом, она быстро слабела. Сейчас этот остаток слияния двух звезд, видимый как тусклая центральная звезда, окруженная разлетающимся в разные стороны от нее облаком светящегося вещества, различим только в мощный телескоп.

Спустя 348 лет после наблюдения исходного события, исследование остатка этого происходившего в форме взрыва слияния двух звезд привело к ясной и убедительной регистрации излучения радиоактивного изотопа алюминия-26. Это первый случай уверенной регистрации неустойчивой радиоактивной молекулы вне Солнечной системы. Неустойчивые изотопы обладают избыточной ядерной энергией и в конце концов распадаются с образованием устойчивых атомов.

“Первое наблюдение этого изотопа в звездообразном объекте важно и в более широком контексте химической эволюции Галактики, – отмечает Каминьски. – Впервые прямо отождествлен активный источник радиоактивногонуклида алюминий-26.”

Камински и его группа зарегистрировали уникальные спектральные особенности молекул, состоящих из алюминия-26 и фтора (26AlF), в окружающих CK Лисички остатках взрыва. В ходе вращательного движения в пространстве, эти молекулы излучают на определенных длинах волн в миллиметровом диапазоне – этот процесс называется вращательным переходом. Этот переход астрономы считают “золотым стандартом” регистрации молекул [2].

Наблюдения радиоактивного изотопа алюминия дают возможность по-новому взглянуть на событие слияния звезд, которое и породило объект CK Лисички. Они также свидетельствуют о том, что глубокие и плотные внутренние слои звезды, в которых рождаются тяжелые элементы и радиоактивные изотопы, при столкновениях звезд могут перемешиваться и выбрасываться в пространство.

“Мы наблюдаем сейчас внутренности звезды, триста лет назад разорванные на части при столкновении”, – говорит Каминьски.

Астрономы определили, что две слившихся звезды, были сравнительно маломассивными, с массами между 0,8 и 2,5 солнечных, причем одна из звезд была красным гигантом. Расстояние до объекта составляет около 2000 световых лет.

Радиоактивный алюминий-26 распадается с образованием более устойчивого изотопа, в процессе чего один из протонов в его ядре превращается в нейтрон. При этом возбужденное ядро испускает фотон очень высокой энергии – гамма-фотон.

Из более ранних наблюдений гамма-излучения было известно, что в Млечном Пути имеется около двух солнечных масс алюминия-26, но как образуются эти радиоактивные атомы, было неясно. Более того, способ регистрации гамма-лучей не позволял точно установить источник их происхождения. Новые измерения впервые дали возможность астрономам со всей определенностью зарегистрировать неустойчивый радиоизотоп в составе молекул вне нашей Солнечной системы.

В то же время, однако, исследователи заключили, что объекты, подобные CK Лисички, вряд ли являются основными производителями алюминия-26 в Млечном Пути. Масса алюминия-26 в CK Лисички примерно равна массе Плутона, а такие события, как столкновения звезд, происходят очень редко. Поэтому очень маловероятно, что этот изотоп в Галактике образуется только таким путем. Требуются дальнейшие исследования этих радиоактивных молекул.

Большой интерес к рождению в нейтронных звездах сверхтяжелых элементов имеют ядерщики Дубны из Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований – мировые чемпионы по синтезу свертяжелых элементов на Земле.

Нейтронная звезда – это «недожатая» черная дыра, холодный десятикилометровый шарик, в который сжалась масса Солнца. Шарик, плотнее Солнца в 200 триллионов раз. Это шарик, рождающий элементы тяжелее железа, стоящего в таблице Менделеева под номером 26.

Нейтронных звезд только в нашей галактике около миллиарда. А во Вселенной они составляют около 2,5 % всех звезд.

Но человек не может попасть внутрь нейтронной звезды, чтобы узнать правду о рождении тяжелых элементов и замыслах Природы. Послать туда свои приборы – тоже не может. Зато может построить ускоритель и создать приборы, чтобы здесь, на Земле, в стенах физической лаборатории создать нейтронную звезду, разобраться, что в ней происходит и «уговорить» ее родить доселе невозможный новый химический элемент.

Как это сделать, весной обсуждали в Дубне российские академики и лучшин специалисты из-за рубежа. Это событие называлось заседанием Совета по физике тяжелых ионов Российской академии наук.