Simuleringar av en dvärggalax av RIKEN-astrofysiker har avslöjat de olika processerna genom vilka måttligt tungmetaller som strontium föds. De har funnit att minst fyra sorters stjärnor behövs för att förklara det observerade överflöd av dessa metaller i dvärggalaxer.

Stjärnor är alkemisterna i kosmos. Många av de lättare grundämnena i det periodiska systemet genereras av kärnfusion i stjärnor, till exempel. Men ursprunget till några tyngre grundämnen är mer mystiska.

Fusionsreaktioner kan göra grundämnen så tunga som järn och nickel, medan ännu tyngre grundämnen skapas när kärnor fångar extra neutroner. Extrema förhållanden, som de i en supernova eller en sammanslagning mellan två neutronstjärnor, driva den snabba neutroninfångningsprocessen (r-processen). I kontrast, den långsamma neutroninfångningsprocessen (s-processen) sker mer gradvis, till exempel i så kallade asymptotiska jättegrenstjärnor i slutet av sina liv. Varje process – och varje miljö – genererar en annan blandning av tunga element.

Metallerna som smides i dessa processer kastas så småningom ut i rymden när stjärnan dör och kan införlivas i nya stjärnor. Att spåra distributionen av dessa ärvda element kan hjälpa till att förstå hur de gjordes.

Strontium, till exempel, är ett av de lättaste elementen som skapas i r-processen. Vissa stjärnor i dvärggalaxer nära Vintergatan har ovanligt höga strontium-till-barium-förhållanden, vilket tyder på att de produceras i olika miljöer.

För att undersöka härkomsten av detta strontium, Yutaka Hirai vid RIKEN Center for Computational Science och två kollegor simulerade en dvärggalax med en liknande fördelning av metaller som de som observerats i närliggande dvärggalaxer. Sedan tittade man på vilka stjärnprocesser som ledde till strontiumanrikning.

Forskarna fann att sammanslagningar av neutronstjärnor och asymptotiska jättegrenstjärnor inte kunde förklara all strontiumanrikning i deras simulering. En del av berikningen kom från roterande massiva stjärnor, där blandningen av material inuti stjärnan kan generera neutroner för en viss form av s-process.

"Men vårt viktigaste fynd är att utstötningar från elektronfångande supernovor kan bilda stjärnor med starkt förbättrade strontium-till-barium-förhållanden, Hirai säger. "En elektroninfångande supernovaexplosion förväntas inträffa i den lägsta massan av massiva stjärnor, åtta till tio gånger solens massa." Dessa stjärnor är kända för att ha kärnor rika på syre, neon och magnesium.

Hirais team avser nu att göra en mer detaljerad jämförelse mellan simuleringar och observationer av elementära överflöd av stjärnor i och runt Vintergatan.