Impression d'artiste de la collision de deux étoiles, comme ceux qui ont formé CK Vul. L'encart illustre la structure interne d'une géante rouge avant la fusion. Une fine couche d'aluminium 26 (marron) entoure un noyau d'hélium. Une enveloppe convective étendue (pas à l'échelle), qui forme la couche la plus externe de l'étoile, peut mélanger le matériau de l'intérieur de l'étoile à la surface, mais il n'atteint jamais assez de profondeur pour draguer l'aluminium 26 jusqu'à la surface. Seule une collision avec une autre étoile peut disperser l'aluminium 26. Crédit :NRAO/AUI/NSF ; S. Dagnello
Quand deux étoiles semblables au Soleil entrent en collision, le résultat peut être une explosion spectaculaire et la formation d'une étoile entièrement nouvelle. Un tel événement a été vu de la Terre en 1670. Il est apparu aux observateurs comme un brillant, rouge "nouvelle étoile". Bien qu'initialement visible à l'œil nu, cet éclat de lumière cosmique s'est rapidement estompé et nécessite désormais de puissants télescopes pour voir les restes de cette fusion :une étoile centrale sombre entourée d'un halo de matière incandescente s'en éloignant.
Environ 348 ans après cet événement, une équipe internationale d'astronomes utilisant les radiotélescopes Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) a étudié les restes de cette fusion stellaire explosive - connue sous le nom de CK Vulpeculae (CK Vul) - et a découvert le clair et signature convaincante d'une version radioactive de l'aluminium ( 26 Al, un atome à 13 protons et 13 neutrons) lié à des atomes de fluor, formant 26-monofluorure d'aluminium ( 26 AlF).
Il s'agit de la première molécule porteuse d'un radio-isotope instable définitivement détecté en dehors de notre système solaire. Les isotopes instables ont un excès d'énergie nucléaire et finissent par se désintégrer en un forme moins radioactive. Dans ce cas, le 26-aluminium (26Al) se désintègre en 26-magnésium ( 26 mg).
"La première détection solide de ce type de molécule radioactive est une étape importante dans notre exploration de l'univers moléculaire froid, " a déclaré Tomasz Kamiński, un astronome du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Masse., et auteur principal d'un article paru dans Astronomie de la nature .
Les chercheurs ont détecté la signature spectrale unique de ces molécules dans les débris entourant CK Vul, qui est d'environ 2, 000 années-lumière de la Terre. Alors que ces molécules tournent et dégringolent dans l'espace, ils émettent une empreinte distinctive de lumière de longueur d'onde millimétrique, un processus connu sous le nom de « transition rotationnelle ». Les astronomes considèrent cela comme le "gold standard" pour les détections moléculaires.
Ces empreintes moléculaires caractéristiques sont généralement extraites d'expériences en laboratoire, puis utilisées pour identifier des molécules dans l'espace. Dans le cas du 26AlF, cette méthode n'est pas applicable car l'aluminium 26 n'est pas présent sur Terre. Les astrophysiciens de laboratoire de l'Université de Kassel/Allemagne ont donc utilisé les données d'empreintes digitales de 27 molécules d'AlF pour obtenir des données précises pour les rares 26 Molécule d'AlF. "Cette méthode d'extrapolation est basée sur l'approche dite de Dunham, " a expliqué Alexander Breier de l'équipe de Kassel. " Il permet aux chercheurs de calculer précisément les transitions rotationnelles de 26 AlF avec une précision bien au-delà des besoins des observateurs astronomiques."
Image composite de CK Vul, les restes d'une collision d'étoiles doubles. Cet impact a lancé des molécules radioactives dans l'espace, comme on le voit dans la structure orange à double lobe au centre. Il s'agit d'une image ALMA du monofluorure d'aluminium 27, mais la version isotopique rare d'AlF réside dans la même région. Le rouge, L'image diffuse est une image ALMA de la poussière la plus étendue dans la région. Le bleu est l'émission optique d'hydrogène vue par l'observatoire Gemini. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Kami?ski &M. Hajduk; Gémeaux, NOAO/AURA/NSF; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton
L'observation de cet isotopologue particulier fournit de nouvelles informations sur le processus de fusion qui a créé CK Vul. Il montre également que la profondeur, couches internes denses d'une étoile, où sont forgés des éléments lourds et des isotopes radioactifs, peut être brassé et projeté dans l'espace par des collisions stellaires. "Nous observons les entrailles d'une étoile déchirée il y a trois siècles par une collision, " observa Kamiński. " C'est cool, ça ?"
Les astronomes ont également déterminé que les deux étoiles qui ont fusionné étaient de masse relativement faible, l'une étant une étoile géante rouge avec une masse comprise entre 0,8 et 2,5 fois celle de notre Soleil.
"Cette première observation directe de cet isotope dans un objet de type stellaire est également importante dans le contexte plus large de l'évolution chimique galactique, " a noté Kamiński. " C'est la première fois qu'un producteur actif du nucléide radioactif 26 Al a été directement identifié par observation."
On sait depuis des décennies qu'il y a environ trois Soleils entiers de 26 Al s'est répandu à travers la Voie lactée. Mais ces observations, fait aux longueurs d'onde des rayons gamma, ne pouvait qu'identifier que le signal était là; ils ne pouvaient pas identifier les sources individuelles et on ne savait pas comment les isotopes étaient arrivés là.
Avec les estimations actuelles sur la masse de 26 Al dans CK Vul (environ un quart de la masse de Pluton) et la rareté de fusions comme celle-ci, il semble peu probable que les fusions soient seules responsables de cette matière radioactive galactique, concluent les astronomes.
Cependant, ALMA et NOEMA ne peuvent détecter que la quantité de
26
Al lié au fluor. La masse réelle de
26
Al dans CK Vul (sous forme atomique) peut être beaucoup plus important. Il est également possible que d'autres reliquats de fusion aient des montants beaucoup plus importants. Les astronomes ont peut-être également sous-estimé les taux de fusion actuels dans la Voie lactée. "So this is not a closed issue and the role of mergers may be non-negligible, " speculated Kamiński.
