En supernova är ett lysande slut på en jättestjärna. För en kort stund av kosmisk tid, en stjärna gör en sista ansträngning för att fortsätta lysa, bara för att blekna och kollapsa på sig själv. Slutresultatet är antingen en neutronstjärna eller ett svart hål med stjärnmassa. Vi har i allmänhet trott att alla stjärnor över cirka 10 solmassor kommer att sluta som en supernova, men en ny studie tyder på att så inte är fallet.

Till skillnad från de berömda supernovorna av typ Ia, som kan orsakas av sammanslagning eller interaktion mellan två stjärnor, stora stjärnor genomgår vad som kallas en kärnkollaps supernova. Stjärnor överlever genom en balans mellan värme och tryck mot gravitationen. När fler element smälts samman, en stor stjärna måste generera värme genom att smälta samman allt tyngre element. Så småningom, detta bildar ett lager av regioner där olika element är sammansmälta. Men den kedjan kan bara bäras upp till järn. Efter det, att smälta tyngre element kostar dig energi snarare än att frigöra den. Så, kärnan kollapsar, skapar en chockvåg som sliter isär stjärnan.

I modeller av stora döende stjärnor, kärnkollapssupernovor förekommer för stjärnor över nio till 10 solmassor, upp till cirka 40 till 50 solmassor. Ovanför den massan, stjärnor är så massiva att de sannolikt kollapsar in i ett svart hål direkt, utan att bli en supernova. Extremt massiva stjärnor, i storleksordningen 150 solmassor eller mer, kan explodera som en hypernova. Dessa bestar exploderar inte på grund av en kärnkollaps, utan snarare en effekt som kallas parinstabilitet, där kolliderande fotoner skapade i kärnan skapar par av elektroner och positroner.

Denna nya studie tyder på att den övre massgränsen för kärnkollapssupernovor kan vara mycket lägre än vi trodde. Teamet tittade på elementära överflöd av ett par kolliderande galaxer som kallas Arp 299. Eftersom galaxerna håller på att kollidera, regionen är en härd av supernovor. Som ett resultat, den elementära överflöd av Arp 299 bör till stor del vara beroende av de element som kastas av i supernovaexplosioner. De mätte mängdförhållandet mellan järn och syre, och förhållandet mellan neon och magnesium och syre. De fann att förhållandena Ne/O och Mg/O liknade solens, medan Fe/O-förhållandet var mycket lägre än solnivåerna. Järn gjuts in i universum mest effektivt av stora supernovor.

De förhållanden som teamet observerade matchade inte standardmodeller för kärnkollaps, men de fann att uppgifterna matchade supernovamodeller bra om man utesluter någon supernova över cirka 23 till 27 solmassor. Med andra ord, om stjärnor kollapsar till svarta hål över cirka 27 solmassor, då överensstämmer modeller och observationer.

Detta arbete bevisar inte definitivt att den övre massgränsen för supernovor är mindre än vi trodde. Det är också möjligt att supernovor producerar högre nivåer av neon och magnesium än vad modeller förutspår. Hur som helst, det är tydligt att vi fortfarande har mycket att lära om de sista döende flämtarna från stora stjärnor.