La nucléosynthèse explosive est la création d’éléments lourds qui se produit au cœur d’une supernova. Une supernova est un événement astronomique extrêmement énergétique où une étoile supergéante épuise son combustible nucléaire et s’effondre sous sa propre gravité. La matière tombante rebondit contre un noyau superdense, créant une explosion et un front de choc qui s’éloigne du noyau à des vitesses allant jusqu’à 2000 km/s. Une supernova peut éclipser sa galaxie hôte, et elles ont été observées par les astronomes depuis l’histoire ancienne.
Les étoiles tirent leur énergie de la fusion de noyaux atomiques, principalement d’hydrogène et d’hélium. C’est ce qu’on appelle la combustion d’hydrogène et d’hélium. Dans les étoiles très massives, la combustion de ces éléments crée une « cendre » d’éléments de plus en plus lourds – carbone, néon, silicium, fer et nickel – jusqu’à ce que finalement la quantité d’énergie nécessaire pour fusionner les noyaux dépasse l’énergie qu’il libère, et le la réaction nucléaire en chaîne est éteinte. Ce qui reste est un noyau de fer-nickel composé d’environ 1.38 masse solaire, qui s’effondre ensuite rapidement en une étoile à neutrons ou un trou noir, provoquant une supernova du rebond. Un autre type de supernova, appelé supernova de type Ia, se produit dans des étoiles moins massives. Une supernova de type Ia se produit lorsqu’une naine blanche carbone-oxygène dépasse le même seuil de masse solaire de 1.38 et brûle tout son contenu en quelques secondes.
Dans les deux types de supernova, des températures de plusieurs milliards de degrés sont créées au cœur et plusieurs masses solaires de matière sont éjectées vers l’extérieur à 3 % de la vitesse de la lumière. Même si la fusion des noyaux de fer et de nickel est très coûteuse en énergie, une supernova est plus que suffisante pour initier les réactions nécessaires. Chaque élément plus lourd que le fer sur le tableau périodique est soit créé lors d’explosions de supernovae, soit un produit de désintégration de ces éléments.
La nucléosynthèse de supernova n’est qu’une catégorie de nucléosynthèse. Le type de nucléosynthèse le plus typique est la nucléosynthèse stellaire, principalement du type à combustion d’hydrogène et d’hélium mentionné précédemment. Il y a aussi la nucléosynthèse du Big Bang, qui s’est produite pendant les trois premières minutes de l’existence de l’univers. Au cours de cet événement, 24% des atomes d’hydrogène initiaux dans le cosmos ont été fusionnés en noyaux d’hélium. Actuellement, l’univers observable est composé d’environ 74 % d’hydrogène, 24 % d’hélium, 1 % d’oxygène et 1 % d’autres éléments.