Onderzoekers hebben ontdekt dat witte dwergsterren met massa's dicht bij de maximale stabiele massa (de Chandrasekhar-massa genoemd) waarschijnlijk grote hoeveelheden mangaan produceren, ijzer, en nikkel nadat ze om een ​​andere ster draaien en exploderen als Type Ia-supernova's.

Een Type Ia supernova is een thermonucleaire explosie van een koolstof-zuurstof witte dwergster met een begeleidende ster eromheen, ook wel een binair systeem genoemd. In het universum, Type Ia-supernova's zijn de belangrijkste productielocaties voor ijzerpiekelementen, inclusief mangaan, ijzer, en nikkel, en enkele tussenliggende massa-elementen, waaronder silicium en zwavel.

Echter, onderzoekers van tegenwoordig kunnen het niet eens worden over wat voor soort binaire systemen een witte dwerg tot ontploffing brengen. Bovendien, recente uitgebreide waarnemingen hebben een grote diversiteit aan nucleosyntheseproducten aan het licht gebracht, de creatie van nieuwe atoomkernen uit de bestaande kernen in de ster door kernfusie, van Type Ia supernova's en hun overblijfselen, vooral, de hoeveelheid mangaan, stabiel nikkel, en radioactieve isotopen van 56-nikkel en 57-nikkel.

Om de oorsprong van dergelijke diversiteiten te ontdekken, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Projectonderzoeker Shing-Chi Leung en senior wetenschapper Ken'ichi Nomoto hebben simulaties uitgevoerd met behulp van het meest nauwkeurige schema tot nu toe voor multidimensionale hydrodynamica van Type Ia supernova-modellen. Ze onderzochten hoe patronen van chemische overvloed en de vorming van nieuwe atoomkernen uit bestaande nucleonen afhankelijk zijn van de eigenschappen van witte dwergen en hun voorlopers.

"Het belangrijkste en unieke deel van deze studie is dat dit tot nu toe het grootste parameteronderzoek in de parameterruimte is voor de Type Ia-supernovaopbrengst met behulp van de Chandrasekhar-massale witte dwerg, ' zei Leung.

Een bijzonder interessant geval was de supernovarest 3C 397. 3C 397 bevindt zich in de Melkweg op ongeveer 5,5 kpc van het centrum op de galactische schijf. De overvloedsverhoudingen van stabiel mangaan/ijzer en nikkel/ijzer bleken respectievelijk twee en vier keer zo groot te zijn als die van de zon. Leung en Nomoto vonden de overvloedsverhoudingen tussen mangaan, ijzer en nikkel zijn gevoelig voor witte dwergmassa en metalliciteit (hoe overvloedig aanwezig in elementen zwaarder dan waterstof en helium). De gemeten waarden van 3C 397 kunnen worden verklaard als de witte dwerg een massa heeft die even hoog is als de Chandrasekhar-massa en een hoge metalliciteit heeft.

De resultaten suggereren dat overblijfsel 3C 397 niet het resultaat kan zijn van een explosie van een witte dwerg met een relatief lage massa (een sub-Chandrasekhar-massa). Bovendien, de witte dwerg moet een metalliciteit hebben die hoger is dan de metalliciteit van de zon, in tegenstelling tot de naburige sterren die een typisch lagere metalliciteit hebben.

Het geeft belangrijke aanwijzingen voor de controversiële discussie of de massa van de witte dwerg dicht bij de Chandrasekhar-massa ligt, of sub-Chandrasekhar massa, wanneer het explodeert als een Type Ia supernova.

De resultaten zullen nuttig zijn in toekomstige studies van de chemische evolutie van sterrenstelsels voor een breed scala aan metalliciteiten, en moedig onderzoekers aan om super-solaire metalliciteitsmodellen op te nemen als een complete set van stellaire modellen.

Leung zegt dat de volgende stap van deze studie het verder testen van hun model met meer observatiegegevens zou zijn, en om het uit te breiden naar een andere subklasse van Type Ia supernova's.

Deze resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van 10 juli van de Astrofysisch tijdschrift .