Een team van experts in atoomfysica, kernfusie, en astronomie heeft zeer nauwkeurige atomaire gegevens berekend voor het analyseren van licht van een kilonova, een geboorteplaats van zware elementen. Ze ontdekten dat hun nieuwe dataset de helderheid van kilonovae veel nauwkeuriger kon voorspellen dan voorheen. Dit helpt ons begrip van de kosmische oorsprong van zware elementen.

Atomen en ionen kunnen bepaalde kleuren licht absorberen en uitstralen. Door de gedetailleerde kleuren van ontoegankelijke objecten te analyseren, zoals plasma's op hoge temperatuur in een fusiekamer of verre sterren, wetenschappers kunnen hun elementaire overvloed identificeren. Deze analyse heeft atomaire gegevens nodig over de golflengten van het licht dat door elk element wordt geabsorbeerd en uitgezonden. Maar er is geen alomvattende nauwkeurige atoomgegevens voor de zware elementen waarvan wordt gedacht dat ze in kilonovae worden gevormd.

Een team onder leiding van Daiji Kato, Universitair hoofddocent aan het National Institute for Fusion Science (NIFS) in Japan, en Gediminas Gaigalas, Professor aan de Universiteit van Vilnius in Litouwen, toegepaste methoden uit kernfusieonderzoek om miljoenen zeer nauwkeurige atomaire gegevens voor neodymium-ionen te berekenen. Neodymium is een van de belangrijke elementen voor kilonovae-straling, en is goed bestudeerd door experimenten en simulaties. "De atomaire structuur van neodymium is ingewikkelder dan die van lichtere elementen, zoals ijzer, berekend voor kernfusiewetenschap. We moesten onze berekeningsmethoden uitbreiden en optimaliseren voor een dergelijk element met zulke gecompliceerde structuren, ' zei Kato.

Als twee neutronensterren botsen, breken ze uit elkaar, golven van onstabiel nucleair materiaal de ruimte in spuwen. Dit materiaal vervalt snel en veroorzaakt radioactieve nagloed die bekend staat als een kilonova. Wetenschappers zijn van mening dat de kernreacties bij het samensmelten van neutronensterren een van de belangrijkste bronnen kunnen zijn voor de zware elementen, waaronder edele metalen zoals goud en platina, en zeldzame aardmetalen zoals neodymium.

De neodymium-atoomgegevens berekend door het Japan-Litouwen-team komen overeen met de experimentele gegevens, veel beter dan alle andere berekeningen hebben gedaan. Een astronoom in de onderzoeksgroep, Masaomi Tanaka, Universitair hoofddocent aan de Tohoku University simuleerde het licht van een kilonova met een supercomputer van het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) met behulp van nieuwe atoomgegevens, en voor het eerst in de wereld, hij kon de invloed van de databaseprecisie op de voorspelde helderheid van een kilonova evalueren. Hij ontdekte dat het antwoord maximaal ongeveer 20% varieerde, die voldoende nauwkeurig is om astronomen vertrouwen te geven in hun interpretatie van kilonova-waarnemingen. Door atomaire gegevens voor andere metalen te berekenen met deze methode die is ontwikkeld in de fusiewetenschap, de detail-abundanties van kosmische zware elementen gevormd door kilonovae zullen aan het licht komen.