Cuando dos estrellas de neutrones colisionan, nace una kilonova: una explosión cósmica que brilla no solo por el calor, sino también por la desintegración de elementos pesados recién creados. Entre ellos se encuentra el neodimio, un metal de tierras raras que en las profundidades terrestres se esconde en minerales, pero en el espacio, por un breve tiempo, se convierte en el director principal de la luz.
Los astrofísicos simularon este destello en una computadora utilizando tres conjuntos diferentes de datos sobre cómo los átomos de neodimio absorben y emiten luz. El resultado sorprendió: el brillo de la explosión en el infrarrojo variaba casi en un factor de 1,5 según las tablas elegidas. El espectro, esa franja de colores con la que los científicos determinan la composición, también se distorsionaba notablemente, especialmente en el infrarrojo cercano y medio.
La causa estaba en la descripción del neodimio neutro (Nd I), un átomo con todos sus electrones en su lugar. Incluso pequeñas imprecisiones en el cálculo de sus niveles de energía provocan grandes cambios en el espectro. Los científicos también intentaron calibrar los datos con la base de referencia NIST y, de nuevo, observaron fuertes diferencias en la parte infrarroja.
Esto significa que, para modelar con precisión las kilonovas, incluida la famosa AT2017gfo, es necesario prestar especial atención a la física atómica de cada elemento raro. De lo contrario, corremos el riesgo de malinterpretar cuánto oro, platino o uranio nació en una explosión de este tipo.
tal como lo escribieron los autores, en inglés 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.
El neodimio se usa en imanes potentes que mantienen cerrada la puerta del refrigerador, y en una kilonova, por un breve tiempo, se convierte en una de las principales fuentes de luz.