Une équipe d'experts en physique atomique, la fusion nucléaire, et l'astronomie a calculé des données atomiques de haute précision pour analyser la lumière d'une kilonova, un lieu de naissance d'éléments lourds. Ils ont découvert que leur nouvel ensemble de données pouvait prédire la luminosité des kilonovae avec une bien meilleure précision qu'auparavant. Cela nous aide à comprendre les origines cosmiques des éléments lourds.

Les atomes et les ions peuvent absorber et émettre certaines couleurs de lumière. En analysant les couleurs détaillées des objets inaccessibles, comme des plasmas à haute température dans une chambre de fusion ou des étoiles lointaines, les scientifiques peuvent identifier leurs abondances élémentaires. Cette analyse nécessite des données atomiques sur les longueurs d'onde de la lumière absorbée et émise par chaque élément. Mais il n'y a pas d'exhaustivité, des données atomiques précises pour les éléments lourds que l'on pense être formés en kilonovae.

Une équipe dirigée par Daiji Kato, Professeur agrégé au National Institute for Fusion Science (NIFS) au Japon, et Gediminas Gaigalas, Professeur à l'Université de Vilnius en Lituanie, méthodes appliquées de la recherche sur la fusion nucléaire pour calculer des millions de données atomiques très précises pour les ions néodyme. Le néodyme est l'un des éléments importants pour le rayonnement des kilonovae, et est bien étudié par des expériences et des simulations. "La structure atomique du néodyme est plus compliquée que celle des éléments plus légers, comme le fer, calculé pour la science de la fusion nucléaire. Nous avions besoin d'étendre et d'optimiser nos méthodes de calcul pour un tel élément avec des structures si compliquées, " dit Kato.

Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, elles se séparent, crachant des vagues de matières nucléaires instables dans l'espace. Ce matériau se désintègre rapidement, provoquant une rémanence radioactive connue sous le nom de kilonova. Les scientifiques pensent que les réactions nucléaires dans les fusions d'étoiles à neutrons pourraient être l'une des principales sources d'éléments lourds, y compris les métaux précieux tels que l'or et le platine, et les métaux des terres rares tels que le néodyme.

Les données atomiques néodyme calculées par l'équipe Japon-Lituanie sont en accord avec les données expérimentales, bien mieux que n'importe quel autre calcul. Un astronome du groupe de recherche, Masaomi Tanaka, Le professeur agrégé à l'Université de Tohoku a simulé la lumière d'une kilonova avec un superordinateur de l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ) en utilisant de nouvelles données atomiques, et pour la première fois au monde, il a pu évaluer l'influence de la précision de la base de données sur la luminosité prédite d'une kilonova. Il a constaté que la réponse variait d'environ 20 % au plus, ce qui est suffisamment précis pour donner confiance aux astronomes dans leur interprétation des observations de kilonova. En calculant des données atomiques pour d'autres métaux avec cette méthode développée en science de la fusion, les détails de l'abondance des éléments lourds cosmiques formés par les kilonovae seront révélés.