Une simulation parvient à recréer une kilonova observée

MADRID, le 24 octobre (EUROPA PRESS) –

Une simulation informatique en trois dimensions de la lumière émise après 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 avons une large compréhension de ce qui s’est passé après l’explosion”, déclare Luke J. Shingles, scientifique du GSI/FAIR et auteur principal de la publication dans Les lettres du journal astrophysique.

GSI (Helmholtz Center for Heavy Ion Research) est l’institution qui héberge l’accélérateur FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research).

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.

Récemment, des chercheurs ont produit pour la première fois une simulation tridimensionnelle qui suit de manière cohérente la fusion des étoiles à neutrons, la nucléosynthèse par capture de neutrons, l’énergie déposée par la désintégration radioactive et le transfert radiatif avec des dizaines de millions de transitions atomiques d’éléments lourds.

Étant un modèle 3D, la lumière observée peut être prédite dans n’importe quelle direction de visualisation. Vu presque perpendiculairement au plan orbital des deux étoiles à neutrons (comme l’indiquent les preuves d’observation de la kilonova AT2017gfo), le modèle prédit une séquence de distributions spectrales qui apparaissent remarquablement similaire à ce qui a été observé pour AT2017gfo.

“La recherche dans ce domaine nous aidera à comprendre l’origine des éléments plus lourds que le fer (comme le platine et l’or), qui ont été principalement produits par le processus rapide de capture de neutrons lors de la fusion d’étoiles à neutrons”, explique-t-il. c’est une déclaration.

Environ la moitié des éléments plus lourds que le fer sont produits dans un environnement de températures et de densités de neutrons extrêmes, comme lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent. Lorsqu’ils finissent par se rapprocher et fusionner, l’explosion qui en résulte conduit à l’éjection de matière dans les conditions appropriées pour produire des noyaux lourds instables et riches en neutrons grâce à une séquence de captures de neutrons et de désintégrations bêta. Ces noyaux se désintègrent jusqu’à ce qu’ils atteignent la stabilité, libérant de l’énergie qui entraîne une « kilonova » explosive transitoire, une émission de lumière brillante qui s’estompe rapidement en environ une semaine.

La simulation 3D combine plusieurs domaines de la physique, notamment le comportement de la matière à haute densité, les propriétés des noyaux lourds instables et les interactions atomes légers des éléments lourds. Il reste encore des défis à résoudre, comme celui de prendre en compte la vitesse à laquelle la distribution spectrale change et la description du matériau éjecté à des moments tardifs.

Les progrès futurs dans ce domaine augmenteront la précision avec laquelle nous pouvons prédire et comprendre les caractéristiques des spectres. et améliorera notre compréhension des conditions dans lesquelles les éléments lourds ont été synthétisés. Un ingrédient essentiel de ces modèles réside dans les données expérimentales atomiques et nucléaires de haute qualité que fournira l’installation FAIR.