Supernova's staan ​​erom bekend zware elementen te produceren via een proces dat nucleosynthese wordt genoemd. Nucleosynthese vindt plaats tijdens de laatste fase van de ineenstorting van een massieve ster. Terwijl de kern van de ster instort, ontstaat er een omgeving waarin temperatuur, dichtheid en druk extreem hoog zijn:ideale omstandigheden voor protonen en neutronen om samen te komen en nieuwe atoomkernen te vormen.

Een nieuwe studie gebruikte simulaties om de oorzaken van variaties in de productie van mangaan en nikkel te onderzoeken. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy op 30 januari onthult dat de vermenging tussen ejecta uit de instortende kern en de omringende ster bepaalt hoeveel nikkel-56 en mangaan-56 worden gevormd.

"Mangaan-56 en nikkel-56 worden geproduceerd door het neutronenvangstproces, r-proces, waarbij atoomkernen neutronen absorberen totdat ze een onstabiele configuratie bereiken die niet meer kan vangen", zegt astrofysicus Matthew Mumpower van de Universiteit van Alabama, hoofdauteur van het boek de studie. "De absorptie van neutronen leidt snel tot de vorming van zeer zware kernen, maar onder specifieke omstandigheden kunnen de kernen paden volgen om de vorming van zeer onstabiele kernen te omzeilen, waardoor ze stabiele kernen uit de ijzergroep kunnen vormen, zoals nikkel-56 en mangaan- 56."

De nucleosynthese van mangaan-56 en nikkel-56 is interessant omdat deze elementen niet in gelijke hoeveelheden in supernova-ejecta worden aangetroffen. Uit waarnemingen blijkt dat supernova's tot tien keer zoveel nikkel-56 produceren als mangaan-56. Het begrijpen van de oorsprong van deze mangaan-56- en nikkel-56-verhouding zou wetenschappers kunnen helpen het explosiemechanisme van supernova's te begrijpen.

De simulaties van het team volgden hoe supernova's exploderen en losten tegelijkertijd de kernfysica op die betrokken is bij de productie van elementen tijdens de nucleosynthese. Ze ontdekten dat de sleutel tot het begrijpen van de verhouding mangaan-56 tot nikkel-56 ligt in het mengen van twee verschillende lagen in de presupernova-ster.

"De omgeving van de kern maakt een efficiënte productie van nikkel-56 en mangaan-56 mogelijk als deze lagen zich vermengen", aldus Mumpower.

Hoewel verwacht wordt dat er vermenging plaatsvindt, zijn de details van de vermenging tijdens de explosie en de impact ervan op de relatieve productie van mangaan-56 en nikkel-56 nog steeds onzeker.

"Wat we in onze simulaties hebben laten zien, is dat hoeveel menging plaatsvindt, hoe ver de menging plaatsvindt en de tijd tijdens de explosie waarin de menging plaatsvindt, belangrijk zijn om uit te leggen waarom de productie van nikkel-56 vaak aanzienlijk groter is dan de productie van nikkel-56. mangaan-56," zei Mumpower. "Het is duidelijk dat simulaties die het mengen en de nucleosynthese niet op een consistente manier behandelen, onvolledige of onjuiste resultaten zullen opleveren."