Οι προσομοιώσεις αποκαλύπτουν γιατί μερικές εκρήξεις σουπερνόβα παράγουν τόσα πολλά μαγγάνιο και νικέλιο

Οι σουπερνόβες είναι γνωστοί για την παραγωγή βαρέων στοιχείων μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται νουκλεοσυνθεσία. Η νουκλεοσυνθεσία εμφανίζεται κατά τα τελικά στάδια της κατάρρευσης ενός τεράστιου αστεριού. Καθώς ο πυρήνας του αστεριού καταρρέει, δημιουργεί ένα περιβάλλον όπου η θερμοκρασία, η πυκνότητα και η πίεση είναι εξαιρετικά υψηλές - οι ιδανικές συνθήκες για τα πρωτόνια και τα νετρόνια να συναντηθούν για να σχηματίσουν νέους ατομικούς πυρήνες.

Μια νέα μελέτη χρησιμοποίησε προσομοιώσεις για να διερευνήσει τις αιτίες για παραλλαγές στην παραγωγή μαγγανίου και νικελίου. Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy Στις 30 Ιανουαρίου, αποκαλύπτει ότι η ανάμειξη μεταξύ του Ejecta από τον πυρήνα που καταρρέει και το περιβάλλον αστέρι ελέγχει πόσα μορφές νικελίου-56 και μαγγανίου.

"Το μαγγάνιο-56 και το νικέλιο-56 παράγονται από τη διαδικασία σύλληψης νετρονίων, R-Process, κατά τη διάρκεια της οποίας οι ατομικοί πυρήνες απορροφούν τα νετρόνια μέχρι να φτάσουν σε μια ασταθής διαμόρφωση που δεν μπορεί να συλλάβει πια", δήλωσε ο πανεπιστημιακός αστροφυσικός Matthew Mumthew, επικεφαλής της μελέτης. "Η απορρόφηση των νετρονίων οδηγεί γρήγορα στο σχηματισμό πολύ βαρέων πυρήνων, αλλά υπό συγκεκριμένες συνθήκες, οι πυρήνες μπορούν να ακολουθήσουν μονοπάτια για να παρακάμψουν τον σχηματισμό εξαιρετικά ασταθούς πυρήνων, επιτρέποντάς τους να σχηματίσουν σταθερούς πυρήνες σιδήρου όπως το νικέλιο-56 και το μαγγάνιο-56".

Η νουκλεοσύνθεση του μαγγανίου-56 και του νικελίου-56 είναι ενδιαφέρουσα επειδή αυτά τα στοιχεία δεν βρίσκονται στην εκτόξευση Supernova σε ίσες ποσότητες. Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι οι σουπερνόβες παράγουν έως και 10 φορές περισσότερο νικέλιο-56 από το μαγγάνιο-56. Η κατανόηση της προέλευσης αυτού του λόγου μαγγανίου-56 και νικελίου-56 θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν τον μηχανισμό έκρηξης των σουπερνόβων.

Οι προσομοιώσεις της ομάδας ακολούθησαν τον τρόπο με τον οποίο οι σουπερνόβες εκρήγνυνται ενώ επιλύουν επίσης την πυρηνική φυσική που εμπλέκεται στην παραγωγή στοιχείων κατά τη διάρκεια της νουκλεοσυναγωγίας. Διαπίστωσαν ότι το κλειδί για την κατανόηση της αναλογίας μαγγανίου-56 προς νικέλιο-56 έγκειται στην ανάμειξη δύο διαφορετικών στρωμάτων στο αστέρι Presupernova.

"Το περιβάλλον του πυρήνα επιτρέπει την αποτελεσματική παραγωγή νικελίου-56 και μαγγανίου-56 εάν αυτά τα στρώματα αναμειγνύονται", δήλωσε ο Mumpower.

Ενώ αναμένεται ότι συμβαίνει η ανάμειξη, οι λεπτομέρειες της ανάμειξης κατά τη διάρκεια της έκρηξης και η επίδρασή της στη σχετική παραγωγή μαγγανίου-56 και νικέλιο-56 εξακολουθούν να είναι αβέβαιες.

"Αυτό που παρουσιάσαμε στις προσομοιώσεις μας είναι ότι η ανάμειξη συμβαίνει, πόσο μακριά συμβαίνει η ανάμειξη και ο χρόνος κατά τη διάρκεια της έκρηξης ότι η ανάμειξη συμβαίνει είναι σημαντική για να εξηγηθεί γιατί η παραγωγή του νικελίου-56 είναι συχνά σημαντικά μεγαλύτερη από την παραγωγή του μαγγανίου-56", δήλωσε ο Mumpower. "Είναι σαφές ότι οι προσομοιώσεις που δεν αντιμετωπίζουν την ανάμειξη και την νουκλεοσυνθεσία με συνεπή τρόπο θα παρέχουν ελλιπή ή λανθασμένα αποτελέσματα".