Simuleringer afslører, hvorfor nogle supernovaeksplosioner producerer så meget mangan og nikkel

Forskere har fundet, at hvide dværgstjerner med masser tæt på den maksimale stabile masse (kaldet Chandrasekhar-massen) sandsynligvis vil producere store mængder mangan, jern, og nikkel efter at de kredser om en anden stjerne og eksploderer som Type Ia supernovaer.

En Type Ia supernova er en termonuklear eksplosion af en kulstof-ilt hvid dværgstjerne med en ledsagerstjerne, der kredser om den, også kendt som et binært system. I universet, Type Ia supernovaer er de vigtigste produktionssteder for jernspidselementer, inklusive mangan, jern, og nikkel, og nogle mellemmasseelementer, herunder silicium og svovl.

Imidlertid, forskere i dag kan ikke blive enige om, hvilken slags binære systemer der får en hvid dværg til at eksplodere. I øvrigt, nylige omfattende observationer har afsløret en stor mangfoldighed af nukleosynteseprodukter, skabelsen af ​​nye atomkerner fra de eksisterende kerner i stjernen ved kernefusion, af Type Ia supernovaer og deres rester, i særdeleshed, mængden af ​​mangan, stabil nikkel, og radioaktive isotoper af 56-nikkel og 57-nikkel.

For at afdække oprindelsen af ​​sådanne forskelligheder, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Projektforsker Shing-Chi Leung og seniorforsker Ken'ichi Nomoto udførte simuleringer ved hjælp af det mest nøjagtige skema til dato for multidimensionel hydrodynamik af Type Ia supernovamodeller. De undersøgte, hvordan kemiske overflodsmønstre og skabelsen af ​​nye atomkerner fra eksisterende nukleoner afhænger af hvid dværgs egenskaber og deres forfædre.

"Den vigtigste og mest unikke del af denne undersøgelse er, at dette er den hidtil største parameterundersøgelse i parameterrummet for Type Ia-supernovaudbyttet ved hjælp af Chandrasekhar-massen hvid dværg, " sagde Leung.

Et særligt interessant tilfælde var supernova-resten 3C 397. 3C 397 er placeret i galaksen omkring 5,5 kpc fra centrum på den galaktiske skive. Dets overflodsforhold af stabilt mangan/jern og nikkel/jern viste sig at være henholdsvis to og fire gange Solens. Leung og Nomoto fandt overflodsforholdene blandt mangan, jern og nikkel er følsomme over for hvid dværgmasse og metallicitet (hvor rigeligt er det i grundstoffer, der er tungere end brint og helium). De målte værdier af 3C 397 kan forklares, hvis den hvide dværg har en masse så høj som Chandrasekhar-massen og høj metallicitet.

Resultaterne tyder på, at rest 3C 397 ikke kunne være resultatet af en eksplosion af en hvid dværg med relativt lav masse (en sub-Chandrasekhar-masse). I øvrigt, den hvide dværg skal have en metallicitet højere end Solens metallicitet, i modsætning til nabostjernerne som har en typisk lavere metallicitet.

Det giver vigtige ledetråde til den kontroversielle diskussion om, hvorvidt massen af ​​den hvide dværg er tæt på Chandrasekhar-massen, eller sub-Chandrasekhar-messe, når den eksploderer som en Type Ia supernova.

Resultaterne vil være nyttige i fremtidige undersøgelser af kemisk udvikling af galakser for en lang række metalliciteter, og tilskynde forskere til at inkludere super-solar metallicitetsmodeller som et komplet sæt stjernemodeller.

Leung siger, at det næste trin i denne undersøgelse vil involvere yderligere test af deres model med flere observationsdata, og udvide det til en anden underklasse af Type Ia supernovaer.

Disse resultater blev offentliggjort i 10. juli-udgaven af Astrofysisk tidsskrift .