В недрах массивной звезды перед взрывом слои лежат друг на друге, как пласты в луковице. Иногда два соседних слоя — углеродный и кислородный — перемешиваются. Это похоже на то, как в кастрюле с супом сливаются слои бульона и овощей, если их помешать ложкой. Такое перемешивание меняет, какие химические элементы звезда выбросит в космос при взрыве.
Учёные сравнили восемь наборов моделей взрывов с наблюдениями остатка сверхновой Кассиопея A. Этот остаток — как фотография места преступления, по которой можно восстановить, что произошло внутри звезды. Модели со слиянием слоёв дают высокое соотношение аргона к неону (больше 0.1), потому что неон разрушается, а аргон нарабатывается. Остальные модели дают меньшее соотношение. Наблюдения в рентгеновском и инфракрасном диапазонах лучше всего совпадают именно с моделями со слиянием.
Тот же подход применили к сверхновой 1987A. Там, судя по сдвигу линий титана-44, слияние слоёв вряд ли было главным источником этого изотопа. Значит, разные сверхновые могут иметь разную историю: где-то слои слились, а где-то нет. Это помогает астрономам точнее читать химическую летопись Вселенной.
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.24758
The merger between the carbon (C) and oxygen (O) shells hours to days before the collapse of a massive star significantly changes its nucleosynthesis, which is reflected in the elemental ratios observed in supernova remnants (SNRs). We present a nucleosynthesis study of $$^{44}$$Ti production in core-collapse supernovae (CCSNe), highlighting large silicon (Si), sulfur (S), calcium (Ca), and, most importantly, argon (Ar) to neon (Ne) ratios as diagnostics for carbon-oxygen (C--O) shell mergers. We compare yields from eight different sets of CCSNe models to observations of Cassiopeia A (Cas A), and show that C--O shell mergers are consistently the models that best match X-ray and infrared observations. These models produce high Ar/Ne ratios ($$\gtrsim 0.1$$), due to $$^{20}$$Ne depletion and production of $$^{36}$$Ar and $$^{38}$$Ar, while lower ratios are obtained from non-merger cases. Based on the Ar/Ne diagnostic, we compare the range of expected $$^{44}$$Ti produced by C--O shell mergers, which is up to $$\sim 20 - 30 \%$$ of the overall $$^{44}$$Ti, but expected to be located outside the reverse shock. Based on the sets of models considered, the photon flux expected from the $$^{44}$$Ti synthesized in the C--O shell merger in Cas A is below the $$NuSTAR$$ and $$COSI$$ detection limits, compatible with current limits locating most of the $$^{44}$$Ti interior to the reverse shock, but might be detectable from proposed missions like $$ASCENT$$. Finally, for the SNR of 1987A, a dominant C--O merger origin of the observed $$^{44}$$Ti is unlikely based on the observed redshift in its $$^{44}$$Ti line.
Титан-44, о котором идёт речь, радиоактивен и распадается с периодом полураспада около 60 лет. Его свечение в остатках сверхновых астрономы используют как часы, чтобы определить возраст взрыва.