Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, une kilonova naît — une explosion cosmique qui brille non seulement par la chaleur, mais aussi par la désintégration d'éléments lourds fraîchement créés. Parmi eux, le néodyme — un métal des terres rares qui, dans les entrailles de la Terre, se cache dans des minéraux, et dans l'espace, devient brièvement le chef d'orchestre de la lumière.
Les astrophysiciens ont simulé une telle explosion sur ordinateur, en utilisant trois ensembles différents de données sur la façon dont les atomes de néodyme absorbent et émettent la lumière. Le résultat a surpris : la luminosité de l'explosion dans l'infrarouge variait de près d'un facteur 1,5 selon les tables choisies. Le spectre — cette bande arc-en-ciel qui permet aux scientifiques de déterminer la composition — était également nettement déformé, surtout dans le proche et le moyen infrarouge.
La cause réside dans la description du néodyme neutre (Nd I) — un atome dont tous les électrons sont en place. Même de petites inexactitudes dans le calcul de ses niveaux d'énergie entraînent de grands changements dans le spectre. Les scientifiques ont également essayé de calibrer les données sur la base de référence NIST — et ont de nouveau observé de fortes différences dans la partie infrarouge.
Cela signifie que pour modéliser précisément les kilonovae, y compris la célèbre AT2017gfo, il faut accorder une attention particulière à la physique atomique de chaque élément rare. Sinon, nous risquons de mal comprendre combien d'or, de platine ou d'uranium est né dans une telle explosion.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais 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.
Le néodyme est utilisé dans les aimants puissants qui maintiennent la porte du réfrigérateur fermée, et dans une kilonova, il devient brièvement l'une des principales sources de lumière.