¿Son detectables los núcleos plasmáticos? ¿Quizás por la emisión ocasional de rayos gamma?

Hace muy poca diferencia si hay un núcleo desnudo, un átomo parcialmente ionizado o un átomo neutro. Sus espectros de emisión gamma son todos iguales (con la excepción de la captura de electrones, que no puede ocurrir en un núcleo desnudo). Para la astronomía de rayos gamma, en principio no importa si estamos hablando de un plasma o de un gas frío.

Identificar un núcleo es lo mismo que identificar un isótopo. El término "rayos gamma" generalmente se refiere a los fotones emitidos por el núcleo, lo que significa que el espectro gamma es una huella digital del núcleo, no solo del elemento químico. Sin embargo, hay rayos X de capa K que se superponen en energía con el espectro gamma de baja energía, y estos son firmas del elemento. (De hecho, este fue uno de los primeros métodos utilizados para determinar los números atómicos, alrededor de 1910).

¿Con qué frecuencia los núcleos desnudos emiten radiación?

La tasa de emisión está inversamente relacionada con la vida media. Cada núcleo tiene un estado fundamental, que no puede emitir rayos gamma. Casi todos los núcleos del universo están en su estado fundamental.

Para observar un espectro de líneas discretas de rayos gamma de una fuente astronómica, necesitaría todo lo siguiente: (1) necesita un detector con alta resolución; (2) necesita un evento que creó un montón de núcleos en estados excitados; (3) la fuente no puede moverse lo suficientemente rápido como para borrar las líneas debido al efecto Doppler; (4) los gammas necesitan poder escapar del evento que los creó sin ser reabsorbidos; (5) el estado excitado debe tener una vida media que sea lo suficientemente corta para que la fuente sea bastante intensa, pero lo suficientemente larga para que los núcleos se hayan escapado lo suficiente como para que sus gammas no se reabsorban.

El #1 es a veces, pero no siempre, el caso en la astronomía de rayos gamma. Podemos obtener el #2 de las supernovas. El #3 normalmente no es el caso para la mayoría de las fuentes de rayos gamma de alta energía, que son los agujeros negros. #4 no es el caso de las supernovas.

El primer artículo de revisión de acceso abierto que encontré buscando en Google fue este , que es de 1982. Básicamente dice que ninguna fuente de línea discreta se había identificado con éxito con una línea de emisión de rayos gamma de un núcleo, hasta ese momento. (La línea de aniquilación electrón-positrón de 511 keV aparece en algunos de los espectros que muestran). En otras palabras, esto es bastante difícil de hacer. Sin embargo, parece que se han detectado líneas nucleares del remanente de supernova Cassiopeia A. Esto se hizo recientemente (2018) y parece haber estado en los límites de la tecnología actual.