Un team di esperti in fisica atomica, fusione nucleare, e l'astronomia ha calcolato dati atomici ad alta precisione per analizzare la luce da una kilonova, un luogo di nascita di elementi pesanti. Hanno scoperto che il loro nuovo set di dati potrebbe prevedere la luminosità delle kilonovae con una precisione molto migliore rispetto a prima. Questo aiuta la nostra comprensione delle origini cosmiche degli elementi pesanti.

Atomi e ioni possono assorbire ed emettere determinati colori di luce. Analizzando i colori dettagliati di oggetti inaccessibili, come plasmi ad alta temperatura in una camera di fusione o stelle lontane, gli scienziati possono identificare le loro abbondanze elementali. Questa analisi necessita di dati atomici sulle lunghezze d'onda della luce assorbita ed emessa da ciascun elemento. Ma non c'è un esauriente, dati atomici accurati per gli elementi pesanti che si pensa si formino nelle kilonovae.

Una squadra guidata da Daiji Kato, Professore Associato presso il National Institute for Fusion Science (NIFS) in Giappone, e Gediminas Gaigalas, Professore all'Università di Vilnius in Lituania, metodi applicati dalla ricerca sulla fusione nucleare per calcolare milioni di dati atomici altamente accurati per gli ioni di neodimio. Il neodimio è uno degli elementi importanti per la radiazione delle kilonovae, ed è ben studiato da esperimenti e simulazioni. "La struttura atomica del neodimio è più complicata di quella degli elementi più leggeri, come il ferro, calcolato per la scienza della fusione nucleare. Avevamo bisogno di estendere e ottimizzare i nostri metodi di calcolo per un elemento del genere con strutture così complicate, " disse Kato.

Quando due stelle di neutroni si scontrano, si rompono, vomitando onde di materiale nucleare instabile nello spazio. Questo materiale decade rapidamente causando un bagliore radioattivo noto come kilonova. Gli scienziati ritengono che le reazioni nucleari nelle fusioni di stelle di neutroni potrebbero essere una delle fonti primarie per gli elementi pesanti, compresi metalli preziosi come oro e platino, e metalli delle terre rare come il neodimio.

I dati atomici al neodimio calcolati dal team Giappone-Lituania concordano con i dati sperimentali, molto meglio di qualsiasi altro calcolo. Un astronomo del gruppo di ricerca, Masaomi Tanaka, Professore Associato presso l'Università di Tohoku ha simulato la luce di una kilonova con un supercomputer presso l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) utilizzando nuovi dati atomici, e per la prima volta al mondo, poteva valutare l'influenza della precisione del database sulla luminosità prevista di una kilonova. Ha scoperto che la risposta variava di circa il 20% al massimo, che è sufficientemente accurato da dare agli astronomi fiducia nella loro interpretazione delle osservazioni della kilonova. Calcolando i dati atomici per altri metalli con questo metodo sviluppato nella scienza della fusione, verranno alla luce le abbondanze di dettaglio degli elementi cosmici pesanti formati dalle kilonovae.