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

Supernovaer er kendt for at producere tunge grundstoffer gennem en proces kaldet nukleosyntese. Nukleosyntese sker under de sidste stadier af en massiv stjernes kollaps. Når stjernens kerne kollapser, skaber den et miljø, hvor temperatur, tæthed og tryk er ekstremt høje – ideelle forhold for protoner og neutroner til at komme sammen og danne nye atomkerner.

En ny undersøgelse brugte simuleringer til at undersøge årsagerne til variationer i produktionen af ​​mangan og nikkel. Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy den 30. januar afslører, at blanding mellem ejecta fra den kollapsende kerne og den omgivende stjerne styrer, hvor meget nikkel-56 og mangan-56 dannes.

"Mangan-56 og nikkel-56 produceres af neutronfangstprocessen, r-processen, hvor atomkerner absorberer neutroner, indtil de når en ustabil konfiguration, der ikke kan fange mere," siger astrofysiker ved University of Alabama, Matthew Mumpower, hovedforfatter til undersøgelsen. "Absorptionen af ​​neutroner fører hurtigt til dannelsen af ​​meget tunge kerner, men under specifikke forhold kan kernerne tage veje for at omgå dannelsen af ​​meget ustabile kerner, hvilket giver dem mulighed for at danne stabile jerngruppekerner som nikkel-56 og mangan- 56."

Nukleosyntesen af ​​mangan-56 og nikkel-56 er interessant, fordi disse grundstoffer ikke findes i supernova-ejecta i lige store mængder. Observationer viser, at supernovaer producerer op til 10 gange så meget nikkel-56 som mangan-56. At forstå oprindelsen af ​​dette mangan-56- og nikkel-56-forhold kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå supernovaernes eksplosionsmekanisme.

Holdets simuleringer fulgte, hvordan supernovaer eksploderer, mens de også løste kernefysikken involveret i produktionen af ​​grundstoffer under nukleosyntese. De fandt ud af, at nøglen til at forstå forholdet mellem mangan-56 og nikkel-56 ligger i blandingen af ​​to forskellige lag i presupernova-stjernen.

"Kernens miljø giver mulighed for effektiv produktion af nikkel-56 og mangan-56, hvis disse lag blandes," sagde Mumpower.

Selvom det forventes, at blanding finder sted, er detaljerne i blandingen under eksplosionen og dens indvirkning på den relative produktion af mangan-56 og nikkel-56 stadig usikre.

"Det, vi viste i vores simuleringer, er, at hvor meget blanding der sker, hvor langt ude blandingen sker, og den tid under eksplosionen, som blandingen sker, er vigtige for at forklare, hvorfor produktionen af ​​nikkel-56 ofte er væsentligt større end produktionen af mangan-56," sagde Mumpower. "Det er klart, at simuleringer, der ikke behandler blandingen og nukleosyntesen på en konsistent måde, vil give ufuldstændige eller forkerte resultater."