عندما يصطدم نجمان نيوترونيان، يولد الكيلونوفا — انفجار كوني لا يتوهج فقط من الحرارة، ولكن أيضًا من اضمحلال العناصر الثقيلة المشكّلة حديثًا. ومن بينها النيوديميوم — معدن أرضي نادر يختبئ في المعادن داخل باطن الأرض، وفي الفضاء يصبح لفترة قصيرة قائدًا رئيسيًا للضوء.
قام علماء الفيزياء الفلكية بمحاكاة هذا الانفجار على الكمبيوتر باستخدام ثلاث مجموعات مختلفة من البيانات حول كيفية امتصاص ذرات النيوديميوم للضوء وإصدارها له. كانت النتيجة مفاجئة: تغيّر سطوع الانفجار في نطاق الأشعة تحت الحمراء بنحو مرة ونصف اعتمادًا على الجداول المختارة. كما تشوّه الطيف — الشريط الملون الذي يحدد العلماء من خلاله التركيب — بشكل ملحوظ، خاصة في الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة.
كان السبب في وصف النيوديميوم المتعادل (Nd I) — الذرة التي تكون جميع إلكتروناتها في مكانها. حتى الأخطاء الصغيرة في حساب مستويات طاقته تؤدي إلى تغييرات كبيرة في الطيف. كما حاول العلماء معايرة البيانات وفقًا للقاعدة المرجعية NIST — ورأوا مرة أخرى اختلافات قوية في الجزء تحت الأحمر.
هذا يعني أنه من أجل النمذجة الدقيقة للكيلونوفا، بما في ذلك الشهيرة AT2017gfo، يجب إيلاء اهتمام خاص للفيزياء الذرية لكل عنصر نادر. وإلا فإننا نخاطر بفهم خاطئ لكمية الذهب أو البلاتين أو اليورانيوم التي وُلدت في مثل هذا الانفجار.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.04362
We examine the impact of input neodymium (Nd) atomic data on the light curves and spectra of kilonovae, probing the sensitivity of kilonova observables to the atomic physics of this important lanthanide element. We use the SuperNu Monte Carlo radiative transfer code, simulating a simple semi-analytic 1D kilonova with a pure Nd atmosphere, fixing the radiative transfer method while using input atomic data generated by three different codes: the LANL suite of atomic physics codes, HULLAC, and Autostructure. We see that the choice of atomic data significantly shapes the resulting light curves and spectra. Peak bolometric luminosities differ by a ratio of nearly 1.5 between HULLAC/Autostructure and LANL data sets. Moreover, we observe significant near- to mid-IR differences in the structure of the spectra. We specifically attribute these differences to the choice of atomic data for neutral Nd I. Many of the results here have been adapted from a presentation at "Radiative Transfer and Atomic Physics of Kilonovae" in Stockholm, 2023. We additionally present a LANL data set with energies calibrated to available values in the NIST Atomic Spectra Database, and demonstrate that this calibration also significantly affects IR spectral structure at late time. The substantial differences in kilonova observables that arise from tuning the atomic data of just one lanthanide element highlight the special attention that must be paid to atomic physics uncertainties when modeling kilonovae, from AT2017gfo to beyond.
يُستخدم النيوديميوم في المغناطيسات القوية التي تُبقي باب الثلاجة مغلقًا، وفي الكيلونوفا يصبح لفترة قصيرة أحد المصادر الرئيسية للضوء.