Un equipo de investigación en el Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) compuesto por el científico visitante Chiaki Kobayashi, Investigador del proyecto en ese momento Shing-Chi Leung (actualmente en el Instituto de Tecnología de California), y el científico principal Ken'ichi Nomoto han utilizado simulaciones por computadora para seguir la explosión, reacción nuclear, producción de elementos, y evolución de abundancias elementales en galaxias. Como resultado, colocaron estrictas restricciones sobre el origen de las supernovas de Tipo Ia.

Una supernova de Tipo Ia es un tipo de supernova que no está relacionada con la muerte de una estrella masiva. En lugar de, una supernova de Tipo Ia es una explosión luminosa de una estrella que ocurre en un sistema binario, donde dos estrellas de masa relativamente baja están evolucionando juntas. Debido a su luminosidad relativamente constante, Las supernovas de tipo Ia se han utilizado como una "vela" estándar para medir la expansión del universo, resultado por el que se otorgó el Premio Nobel de Física 2011. Sin embargo, se desconoce la estrella progenitora de una supernova de Tipo Ia, y ha sido tema de debate durante alrededor de medio siglo.

"Como es habitual en las supernovas normales, Las supernovas de tipo Ia producen "metales", o bien, en términos astronómicos, elementos químicos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, el último par remonta su origen al Big Bang, pero las supernovas de Tipo Ia producen diferentes elementos, como el manganeso (Mn), níquel (Ni), y hierro (Fe). Estas abundancias elementales se pueden medir en características espectrales de estrellas cercanas, que mantienen un "registro" de supernovas del pasado, como hacen los fósiles en arqueología, '' Kobayashi, quien también es profesor asociado en la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido, dijo. Por lo tanto, la evolución de las abundancias elementales en las galaxias puede proporcionar una restricción estricta sobre el verdadero origen de las supernovas de Tipo Ia.

Las estrellas progenitoras de las supernovas de Tipo Ia son un tipo de enanas blancas que están hechas de carbono y oxígeno. Las enanas blancas se forman después de la muerte de estrellas de masa intermedia, donde la presión de la degeneración de electrones apoya a la estrella contra el colapso por su propia gravedad. Sin embargo, si una enana blanca excede su límite de masa superior, también llamado límite de masa de Chandrasekhar (llamado así por el físico Subrahmanyan Chandrasekhar), esto conduce a reacciones nucleares que la hacen explotar.

Por lo tanto, en un sistema binario que contiene una enana blanca de masa cercana a Chandrasekhar, la acumulación de masa de una estrella compañera puede causar una explosión, que es uno de los dos escenarios propuestos (el "escenario degenerado único") para las supernovas de Tipo Ia. En el otro escenario, dos enanas blancas se forman en un sistema binario (el "escenario degenerado doble"), que se fusionan para causar una explosión, es decir, una explosión de masa sub-Chandrasekhar.

Para investigar ambos casos, el equipo de investigación realizó cálculos detallados (simulaciones hidrodinámicas bidimensionales y nucleosíntesis) de explosiones de masa cercana a Chandrasekhar y de masa sub Chandrasekhar, y calculó la evolución de la Vía Láctea, algo que no se había hecho en investigaciones anteriores.

"Entre estos dos casos, encontramos una diferencia crítica en la evolución de las abundancias elementales, en particular para el elemento manganeso, '' Explicó Kobayashi. En la primera simulación, la explosión proporcionó materia a alta temperatura y alta densidad donde se produjo una gran cantidad de manganeso, mientras que en la segunda simulación, no existía tal materia y, por tanto, no se producía suficiente manganeso.

Luego, el equipo de investigación incorporó la cantidad de producción de cada elemento químico en su modelo de galaxias para predecir la evolución de los elementos en la Vía Láctea. En comparación con los datos de observación, a saber, abundancias elementales medidas en estrellas cercanas con espectroscopia de alta resolución, encontraron que al menos el 75 por ciento de las supernovas de Tipo Ia son explosiones masivas cercanas a Chandrasekhar. En ambos casos, la investigación encontró, la masa de hierro producida es aproximadamente la misma, es decir, 60 por ciento de la masa del Sol, que es aproximadamente 10 veces más grande que en las supernovas normales de estrellas masivas.

"La evolución química de las galaxias es poderosa para resolver problemas de larga data en astrofísica nuclear. No solo el manganeso, sino también la abundancia de níquel se actualizan en nuestros cálculos con las últimas reacciones nucleares. El níquel se sobreprodujo en cálculos anteriores, pero ahora la abundancia predicha es consistente con las observaciones, '' Añadió Kobayashi. Como resultado de sus hallazgos, el problema de la sobreproducción de níquel finalmente se resuelve, después de dos décadas de estudios.

Más interesante aún, El equipo de investigación también demostró que se prefiere una mayor contribución de las explosiones de masa sub-Chandrasekhar a las explosiones de masa cercana a Chandrasekhar de las observaciones disponibles en diferentes galaxias:galaxias esferoidales enanas alrededor de la Vía Láctea, por ejemplo.

Kobayashi y su equipo notaron que las abundancias elementales de millones de estrellas se obtendrán con proyectos internacionales en curso y futuros. como APOGEE (Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio Apache Point), HERMES-GALAH (Arqueología Galáctica con HERMES), WEAVE (Explorador de velocidad de área mejorado WHT), 4MOST (telescopio espectroscópico multiobjeto de 4 metros), MSE (El explorador espectroscópico de Maunakea), en la nueva área de investigación de "Arqueología Galáctica, "o el estudio de la historia de la Vía Láctea, y sus hallazgos se probarán más a fondo en investigaciones futuras.