Une nouvelle simulation informatique tridimensionnelle (3D) avancée de la lumière émise suite à la fusion de deux étoiles à neutrons a produit une séquence de caractéristiques spectroscopiques similaire à celle d’une kilonova observée. « L’accord sans précédent entre nos simulations et l’observation de kilonova AT2017gfo indique que nous comprenons globalement ce qui s’est passé lors de l’explosion et de ses conséquences », déclare Luke Shingles, scientifique au GSI/Honest et auteur principal de la publication dans The Astrophysical Journal Letters.. Des observations récentes combinant à la fois les ondes gravitationnelles et la lumière obvious ont montré que les fusions d’étoiles à neutrons étaient le principal website de generation de cet élément. La recherche a été réalisée par des scientifiques du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung et de l’Université Queen’s de Belfast.
Les interactions entre les électrons, les ions et les photons au sein de la matière éjectée lors de la fusion d’une étoile à neutrons déterminent la lumière que nous pouvons voir à travers les télescopes. Ces processus et la lumière émise peuvent être modélisés avec des simulations informatiques du transfert radiatif. Les chercheurs ont récemment produit, pour la première fois, une simulation tridimensionnelle qui accommodate de manière cohérente la fusion des étoiles à neutrons, la nucléosynthèse par capture de neutrons, l’énergie déposée par désintégration radioactive et le transfert radiatif avec des dizaines de thousands and thousands de transitions atomiques d’éléments lourds..
Étant un modèle 3D, la lumière observée peut être prédite pour n’importe quelle direction de visualisation. Vu presque perpendiculairement au approach orbital des deux étoiles à neutrons (comme l’indiquent les preuves d’observation pour la kilonova AT2017gfo), le modèle prédit une séquence de distributions spectrales qui semblent remarquablement similaires à celles observées pour AT2017gfo. « La recherche dans ce domaine nous aidera à comprendre les origines des éléments additionally lourds que le fer (comme le platine et l’or) qui ont été principalement produits par le processus rapide de capture de neutrons lors des fusions d’étoiles à neutrons », explique Shingles.
Environ la moitié des éléments as well as lourds que le fer sont produits dans un environnement de températures et de densités de neutrons extrêmes, comme c’est le cas lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent. Lorsqu’ils finissent par s’enrouler l’un vers l’autre et fusionner, l’explosion qui en résulte conduit à l’éjection de matière dans les disorders appropriées pour produire des noyaux lourds instables et riches en neutrons par une séquence de captures de neutrons et de désintégrations bêta. Ces noyaux se désintègrent jusqu’à devenir stables, libérant de l’énergie qui alimente un transitoire explosif de « kilonova », une émission lumineuse de lumière qui s’estompe rapidement en une semaine approximativement.
La simulation 3D mix plusieurs domaines de la physique, notamment le comportement de la matière à haute densité, les propriétés des noyaux lourds instables et les interactions atome-lumière des éléments lourds. D’autres défis demeurent, tels que la prise en compte de la vitesse à laquelle la distribution spectrale alter et la description du matériau éjecté tardivement. Les progrès futurs dans ce domaine augmenteront la précision avec laquelle nous pouvons prédire et comprendre les caractéristiques des spectres et approfondiront notre compréhension des circumstances dans lesquelles les éléments lourds ont été synthétisés. Un ingrédient fondamental de ces modèles réside dans les données expérimentales atomiques et nucléaires de haute qualité qui seront fournies par l’installation Honest.
