Wanneer twee zonachtige sterren botsen, het resultaat kan een spectaculaire explosie zijn en de vorming van een geheel nieuwe ster. Eén zo'n gebeurtenis werd in 1670 vanaf de aarde gezien. Het leek voor waarnemers als een helder, rode "nieuwe ster". Hoewel aanvankelijk zichtbaar met het blote oog, deze uitbarsting van kosmisch licht vervaagde snel en er zijn nu krachtige telescopen nodig om de overblijfselen van deze samensmelting te zien:een zwakke centrale ster omringd door een halo van gloeiend materiaal dat ervan wegvloeit.

Ongeveer 348 jaar na deze gebeurtenis, een internationaal team van astronomen met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) radiotelescopen bestudeerde de overblijfselen van deze explosieve stellaire fusie - bekend als CK Vulpeculae (CK Vul) - en ontdekte de heldere en overtuigende handtekening van een radioactieve versie van aluminium ( 26 Al, een atoom met 13 protonen en 13 neutronen) gebonden met fluoratomen, vorming van 26-aluminiummonofluoride ( ²⁶ AlF).

Dit is het eerste molecuul met een onstabiele radio-isotoop die definitief buiten ons zonnestelsel is gedetecteerd. Instabiele isotopen hebben een overmaat aan kernenergie en vervallen uiteindelijk tot een stabiele, minder radioactieve vorm. In dit geval, het 26-aluminium (26Al) vervalt tot 26-magnesium ( ²⁶ mg).

"De eerste vaste detectie van dit soort radioactieve moleculen is een belangrijke mijlpaal in onze verkenning van het koele moleculaire universum, " zei Tomasz Kamiński, een astronoom bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massa., en hoofdauteur van een paper dat verschijnt in Natuurastronomie .

De onderzoekers ontdekten de unieke spectrale signatuur van deze moleculen in het puin rond CK Vul, dat is ongeveer 2, 000 lichtjaar van de aarde. Terwijl deze moleculen door de ruimte draaien en tuimelen, ze stralen een kenmerkende vingerafdruk uit van millimetergolflengtelicht, een proces dat bekend staat als 'rotatietransitie'. Astronomen beschouwen dit als de "gouden standaard" voor moleculaire detecties.

Deze karakteristieke moleculaire vingerafdrukken worden meestal uit laboratoriumexperimenten gehaald en vervolgens gebruikt om moleculen in de ruimte te identificeren. In het geval van 26AlF, deze methode is niet van toepassing omdat 26-aluminium op aarde niet aanwezig is. Laboratoriumastrofysici van de Universiteit van Kassel/Duitsland gebruikten daarom de vingerafdrukgegevens van stabiel en overvloedig ²⁷ AlF-moleculen om nauwkeurige gegevens af te leiden voor de zeldzame ²⁶ AlF-molecuul. "Deze methode van extrapolatie is gebaseerd op de zogenaamde Dunham-benadering, ", legt Alexander Breier van het Kassel-team uit. "Het stelt onderzoekers in staat om de rotatie-overgangen van nauwkeurig te berekenen ²⁶ AlF met een nauwkeurigheid die veel verder gaat dan de behoeften van astronomische waarnemers."

De observatie van deze specifieke isotopoloog biedt nieuwe inzichten in het fusieproces dat CK Vul heeft gecreëerd. Het toont ook aan dat de diepe, dichte binnenste lagen van een ster, waar zware elementen en radioactieve isotopen worden gesmeed, kan worden omgewoeld en in de ruimte worden geworpen door stellaire botsingen. "We observeren het lef van een ster die drie eeuwen geleden door een botsing werd verscheurd, " merkte Kamiński op. "Hoe cool is dat?"

De astronomen stelden ook vast dat de twee sterren die samensmolten relatief weinig massa hadden, waarvan één een rode reuzenster is met een massa tussen 0,8 en 2,5 keer die van onze zon.

"Deze eerste directe waarneming van deze isotoop in een stellair object is ook belangrijk in de bredere context van galactische chemische evolutie, " merkte Kamiński op. "Dit is de eerste keer dat een actieve producent van de radioactieve nuclide ²⁶ Al is direct observationeel geïdentificeerd."

Het is al tientallen jaren bekend dat er ongeveer drie hele zonnen aan ²⁶ Al verspreid over de Melkweg. Maar deze waarnemingen gemaakt bij gammastralingsgolflengten, kon alleen vaststellen dat het signaal er was; ze konden geen individuele bronnen aanwijzen en het was onduidelijk hoe de isotopen daar kwamen.

Met de huidige schattingen van de massa van ²⁶ Al in CK Vul (ongeveer een kwart van de massa van Pluto) en het zeldzame voorkomen van fusies zoals deze, het lijkt nogal onwaarschijnlijk dat fusies alleen verantwoordelijk zijn voor dit galactische radioactieve materiaal, the astronomers conclude.

Echter, ALMA and NOEMA can only detect the amount of ²⁶ Al bound with fluorine. The actual mass of ²⁶ Al in CK Vul (in atomic form) may be much greater. It is also possible that other merger remnants may have far greater amounts. Astronomers may also have underestimated the current merger rates in the Milky Way. "So this is not a closed issue and the role of mergers may be non-negligible, " speculated Kamiński.