El aluminio-26 ( 26 Al , Al-26 ) es un isótopo radiactivo del elemento químico aluminio , que se desintegra por emisión de positrones o captura de electrones en magnesio -26 estable. La vida media del 26 Al es de 717.000 años. Esto es demasiado corto para que el isótopo sobreviva como un 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 de electrones que típicamente 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 traslado, 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 a través de la espalación del silicio junto con el berilio-10 , aunque después de caer a la Tierra, la producción de 26Al 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 la atmósfera terrestre que obstruye el silicio en la superficie y la troposfera baja de la interacción con los rayos cósmicos. En consecuencia, la cantidad de 26Al en la muestra se puede utilizar para calcular la fecha en que el meteorito cayó a la Tierra. [1]
La emisión de rayos gamma 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, proporcionando suficiente calor para fundir y diferenciar planetesimales en acreción . Se sabe que esto sucedió durante la historia temprana de los asteroides 1 Ceres y 4 Vesta . [6] [7] [8] Se ha planteado la hipótesis de que el 26 Al jugó un papel en la forma inusual de la luna de Saturno , Jápeto . Jápeto es notablemente aplanada y achatada, lo que indica que rotó 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]
La presencia de la molécula de monofluoruro de aluminio como isotólogo 26 Al en CK Vulpeculae , que es un tipo desconocido de nova, constituye la primera evidencia sólida de una molécula radiactiva extrasolar. [10]
Al considerar la fusión conocida de cuerpos planetarios pequeños en el Sistema Solar primitivo, HC Urey observó que los núcleos radiactivos de larga duración que se producen naturalmente ( 40 K, 238 U, 235 U y 232 Th) eran fuentes de calor insuficientes. Propuso que las fuentes de calor de los núcleos de vida corta de las estrellas recién formadas podrían ser la fuente e identificó al 26 Al como la opción más probable. [11] [12] 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 del 26 Al en un blanco de Mg por Simanton, Rightmire, Long y Kohman. [13]
Su búsqueda se llevó a cabo porque hasta entonces no se conocía ningún isótopo radiactivo de Al que pudiera ser útil como trazador. Las consideraciones teóricas sugerían que debería existir un estado de 26 Al. El tiempo de vida del 26 Al no se conocía entonces; solo se estimó entre 10 4 y 10 6 años. La búsqueda del 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 tiempo que los materiales asteroidales que proporcionan muestras de meteoritos provenían del Sistema Solar primitivo. [14]
El meteorito Allende , que cayó en 1969, contenía abundantes inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAIs). Estos son materiales muy refractarios y se interpretaron como condensados de una nebulosa solar caliente . [15] [16] luego descubrieron que el oxígeno en estos objetos se mejoró en 16 O en ~ 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 encontró que estos objetos contenían estroncio con muy bajo 87 Sr / 86 Sr, lo que indica que eran unos pocos millones de años más antiguos que el material meteorítico analizado anteriormente y que este tipo de material ameritaría una búsqueda de 26 Al. [17] El 26 Al solo 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 ahora está 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 que se correlacionan con la proporción 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 normales de separación química asociados con el crecimiento de los cristales en los CAI. Lee et al. mostraron evidencia clara de la presencia de 26 Al en una proporción de abundancia de 5×10 −5 . [18] [19] El valor ( 26 Al/ 27 Al ~ 5 × 10 −5 ) ahora se ha establecido generalmente como el valor alto en muestras del Sistema Solar temprano y se ha utilizado generalmente como un cronómetro de escala de tiempo refinado para el Sistema Solar temprano. 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 su producción en alguna estrella en explosión. Muchos materiales que se habían considerado muy tempranos (por ejemplo, los cóndrulos) parecen haberse formado unos pocos millones de años después. [20] En ese momento se estaban descubriendo otros núcleos radiactivos extintos, que claramente tenían un origen estelar. [21]
La presencia de 26 Al en el medio interestelar como fuente principal de rayos gamma no se exploró hasta el desarrollo del programa de observatorios astronómicos de alta energía. La nave espacial HEAO-3 con detectores de Ge refrigerados permitió la detección clara de líneas gamma de 1,808 MeV desde la parte central de la galaxia a partir de una fuente distribuida de 26 Al. [4] Esto representa un inventario de estado casi estable correspondiente a dos masas solares de 26 Al que se distribuyó. [ aclaración necesaria ] Este descubrimiento se amplió en gran medida mediante observaciones del Observatorio de Rayos Gamma Compton utilizando el telescopio COMPTEL en la galaxia. [22] Posteriormente, también se detectaron las líneas de 60 Fe (1,173 MeV y 1,333 Mev) que muestran que las tasas relativas de desintegración de 60 Fe a 26 Al son 60 Fe/ 26 Al ~ 0,11. [23]
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 en materiales ultrarrefractarios de tamaño micrométrico y resistentes a los ácidos (por ejemplo, C, SiC ). Se demostró claramente que los granos portadores eran condensados circunestelares de estrellas anteriores y que a menudo contenían mejoras muy grandes en 26 Mg/ 24 Mg de la desintegración de 26 Al con 26 Al/ 27 Al a veces acercándose a 0,2. [24] [25] Estos estudios sobre granos a escala micrométrica fueron posibles como resultado del desarrollo de la espectrometría de masas de iones de superficie a alta resolución de masa 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 protegidos se utiliza como un indicador del tiempo de exposición a los rayos cósmicos. Las cantidades son muy inferiores a las que se encuentran inicialmente en los restos del sistema solar primitivo.
Antes de 1954, se medía que la vida media del aluminio-26m era de 6,3 segundos. [26] Después de que se teorizara que esta podría ser la vida media de un estado metaestable ( isómero ) del aluminio-26, el estado fundamental se produjo mediante el bombardeo de magnesio-26 y magnesio-25 con deuterones en el ciclotrón de la Universidad de Pittsburgh . [13] Se determinó que la primera vida media estaba en el rango de 10 6 años. La vida media de desintegración beta de Fermi del estado metaestable del aluminio-26 es de interés en la prueba experimental de dos componentes del Modelo Estándar , a saber, la hipótesis de la corriente vectorial conservada y la unitaridad requerida de la matriz Cabibbo–Kobayashi–Maskawa . [27] La desintegración está superaceptada . La medición de 2011 de la vida media del 26m Al es 6346,54 ± 0,46 (estadístico) ± 0,60 (sistema) milisegundos. [28]