El aluminio-26 ( 26 Al , Al-26 ) es un isótopo radiactivo del elemento químico aluminio , que se descompone mediante emisión de positrones o captura de electrones hasta formar magnesio -26 estable. La vida media del 26 Al es de 717.000 años. Esto es demasiado corto para que el isótopo sobreviva como nucleido primordial , pero una pequeña cantidad se produce por colisiones de átomos con protones de rayos cósmicos . [1]
La desintegración del aluminio-26 también produce rayos gamma y rayos X. [2] Los rayos X y los electrones Auger son emitidos por la capa atómica excitada de la hija 26 Mg después de la captura del electrón, lo que normalmente deja un agujero en una de las subcapas inferiores.
Debido a que es radiactivo, normalmente se almacena detrás de al menos 5 centímetros (2 pulgadas) de plomo. El contacto con 26 Al puede provocar contaminación radiológica. Esto requiere herramientas especiales para su transferencia, uso y almacenamiento. [3]
El aluminio-26 se puede utilizar para calcular la edad terrestre de meteoritos y cometas . Se produce en cantidades significativas en objetos extraterrestres mediante espalación de silicio junto con berilio-10 , aunque después de caer a la Tierra, la producción de 26 Al cesa y su abundancia en relación con otros nucleidos cosmogénicos disminuye. La ausencia de fuentes de aluminio-26 en la Tierra es una consecuencia de que la atmósfera terrestre obstruye el silicio en la superficie y la troposfera baja debido a la interacción con los rayos cósmicos. En consecuencia, la cantidad de 26 Al en la muestra se puede utilizar para calcular la fecha en que el meteorito cayó a la Tierra. [1]
La emisión de rayos gamma procedente de la desintegración del aluminio-26 a 1809 keV fue la primera emisión gamma observada desde el Centro Galáctico . La observación fue realizada por el satélite HEAO-3 en 1984. [4] [5]
El 26 Al se produce principalmente en supernovas que expulsan muchos nucleidos radiactivos en el medio interestelar . Se cree que el isótopo es crucial para la evolución de los objetos planetarios, ya que proporciona suficiente calor para fundir y diferenciar los planetesimales en acreción . Se sabe que esto sucedió durante la historia temprana de los asteroides 1 Ceres y 4 Vesta . [6] [7] [8] 26 Se ha planteado la hipótesis de que Al jugó un papel en la forma inusual de Jápeto, la luna de Saturno . Jápeto está notablemente aplanado y achatado, lo que indica que giró significativamente más rápido al principio de su historia, con un período de rotación posiblemente tan corto como 17 horas. El calentamiento del 26 Al podría haber proporcionado suficiente calor en Jápeto para permitirle adaptarse a este rápido período de rotación, antes de que la luna se enfriara y se volviera demasiado rígida para relajarse y volver al equilibrio hidrostático. [9]
Al considerar el conocido derretimiento de pequeños cuerpos planetarios en el Sistema Solar temprano, HC Urey observó que los núcleos radiactivos naturales de larga vida ( 40 K, 238 U, 235 U y 232 Th) eran fuentes de calor insuficientes. Propuso que las fuentes de calor de núcleos de vida corta de estrellas recién formadas podrían ser la fuente e identificó el 26 Al como la opción más probable. [10] [11] Esta propuesta se hizo mucho antes de que se conocieran o comprendieran los problemas generales de la nucleosíntesis estelar de los núcleos. Esta conjetura se basó en el descubrimiento de 26 Al en un objetivo de Mg por Simanton, Rightmire, Long y Kohman. [12]
Su búsqueda se llevó a cabo porque hasta el momento no se conocía ningún isótopo radiactivo de Al que pudiera ser útil como trazador. Las consideraciones teóricas sugirieron que debería existir un estado de 26 Al. En ese momento se desconocía la duración de la vida de 26 Al; sólo se estimó entre 10 4 y 10 6 años. La búsqueda de 26 Al se llevó a cabo durante muchos años, mucho después del descubrimiento del radionúclido extinto 129 I , que demostró que la contribución de fuentes estelares se formó ~10 8 años antes de que el Sol hubiera contribuido [ ¿cómo? ] a la mezcla del Sistema Solar. Se sabía desde hace mucho tiempo que los materiales asteroidales que proporcionan muestras de meteoritos provenían del Sistema Solar temprano. [13]
El meteorito Allende , que cayó en 1969, contenía abundantes inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAI). Se trata de materiales muy refractarios y se interpretaron como condensados de una nebulosa solar caliente . [14] [15] luego descubrió que el oxígeno en estos objetos aumentaba en 16 O en aproximadamente un 5%, mientras que el 17 O/ 18 O era el mismo que el terrestre. Esto mostró claramente un gran efecto en un elemento abundante que podría ser nuclear, posiblemente de una fuente estelar. Luego se descubrió que estos objetos contenían estroncio con un nivel muy bajo de 87 Sr/ 86 Sr, lo que indica que eran unos pocos millones de años más antiguos que el material meteorítico analizado previamente y que este tipo de material merecería una búsqueda de 26 Al. [16] 26 Al sólo está presente hoy en día en los materiales del Sistema Solar como resultado de reacciones cósmicas en materiales no protegidos a un nivel extremadamente [ cuantificar ] bajo. Por lo tanto, cualquier 26 Al original en el Sistema Solar temprano está ahora extinto.
Para establecer la presencia de 26 Al en materiales muy antiguos es necesario demostrar que las muestras deben contener excesos claros de 26 Mg/ 24 Mg, lo que se correlaciona con la relación de 27 Al/ 24 Mg. El 27 Al estable es entonces un sustituto del 26 Al extinto. Las diferentes proporciones de 27 Al/ 24 Mg están acopladas a diferentes fases químicas en una muestra y son el resultado de procesos de separación química normales asociados con el crecimiento de los cristales en los CAI. Lee et al. demostraron una evidencia clara de la presencia de 26 Al en una proporción de abundancia de 5 × 10 −5 . [17] [18] El valor ( 26 Al/ 27 Al ~ 5 × 10 −5 ) ahora se ha establecido generalmente como el valor alto en las primeras muestras del Sistema Solar y se ha utilizado generalmente como un cronómetro de escala de tiempo refinado para los inicios del Sistema Solar. Sistema. Los valores más bajos implican un tiempo de formación más reciente. Si este 26 Al es el resultado de fuentes estelares presolares, entonces esto implica una estrecha conexión en el tiempo entre la formación del Sistema Solar y la producción en alguna estrella en explosión. Muchos materiales que se suponía eran muy tempranos (por ejemplo, los cóndrulos) parecen haberse formado unos pocos millones de años después. [19] Entonces se estaban descubriendo otros núcleos radiactivos extintos, que claramente tenían un origen estelar. [20]
Que el 26 Al estuviera presente en el medio interestelar como una importante fuente de rayos gamma no se exploró hasta el desarrollo del programa del observatorio astronómico de alta energía. La nave espacial HEAO-3 con detectores de Ge enfriados permitió la detección clara de líneas gamma de 1,808 MeV de la parte central de la galaxia a partir de una fuente distribuida de 26 Al. [4] Esto representa un inventario en estado casi estacionario correspondiente a dos masas solares de 26 Al distribuidas. [ aclaración necesaria ] Este descubrimiento se amplió enormemente con observaciones del Observatorio Compton de Rayos Gamma utilizando el telescopio COMPTEL en la galaxia. [21] Posteriormente, también se detectaron las líneas de 60 Fe (1,173 MeV y 1,333 Mev), lo que muestra que las tasas relativas de desintegración de 60 Fe a 26 Al son 60 Fe/ 26 Al ~ 0,11. [22]
En la búsqueda de los portadores de 22 Ne en el lodo producido por la destrucción química de algunos meteoritos, E. Anders y el grupo de Chicago encontraron granos portadores de tamaño micrométrico y materiales ultrarrefractarios resistentes a los ácidos (p. ej. C, SiC ). Se demostró claramente que los granos portadores eran condensados circunestelares de estrellas anteriores y a menudo contenían aumentos muy grandes en 26 Mg/ 24 Mg debido a la desintegración del 26 Al, con 26 Al/ 27 Al acercándose a veces a 0,2. [23] [24] Estos estudios en granos a escala micrométrica fueron posibles como resultado del desarrollo de la espectrometría de masas de iones superficiales a alta resolución de masas con un haz enfocado desarrollado por G. Slodzian y R. Castaing con CAMECA Co.
La producción de 26 Al por interacciones de rayos cósmicos en materiales no blindados se utiliza como monitor del tiempo de exposición a los rayos cósmicos. Las cantidades están muy por debajo del inventario inicial que se encuentra en los restos del sistema solar muy temprano.
Antes de 1954, la vida media del aluminio-26m se calculaba en 6,3 segundos. [25] Después de que se teorizó que esta podría ser la vida media de un estado metaestable ( isómero ) del aluminio-26, el estado fundamental se produjo bombardeando magnesio-26 y magnesio-25 con deuterones en el ciclotrón de la Universidad. de Pittsburg . [12] Se determinó que la primera vida media estaba en el rango de 10 a 6 años. La vida media de desintegración beta de Fermi del estado metaestable de aluminio-26 es de interés en las pruebas experimentales de dos componentes del modelo estándar , a saber, la hipótesis de corriente vectorial conservada y la unitaridad requerida de la matriz Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. . [26] El decaimiento está superpermitido . La medición de 2011 de la vida media de 26 m de Al es 6346,54 ± 0,46 (estadística) ± 0,60 (sistema) milisegundos. [27]