La collision de deux étoiles à neutrons est une forge cosmique où se créent en quelques secondes les éléments les plus lourds du tableau périodique. En 2017, les détecteurs ont capté les ondes gravitationnelles d'une telle fusion, et les télescopes ont observé une lueur — une kilonova. Son éclat est alimenté par la désintégration des noyaux instables nés lors du processus rapide de capture de neutrons (processus r). Mais cette forge a des assistants discrets que l'on n'avait pas remarqués auparavant.

Il s'agit des isomères nucléaires — des états dans lesquels le noyau reste piégé pendant des fractions de seconde à des heures, avant de libérer de l'énergie et de passer à l'état fondamental. Dans les calculs habituels, on ne les prenait pas en compte : on supposait qu'après la désintégration bêta, le noyau fils se calmait instantanément. Les auteurs de l'étude ont pour la première fois suivi le comportement de plusieurs isomères en tant qu'acteurs indépendants de la réaction. Ils ont calculé comment la température influence les transitions entre l'état isomérique et l'état fondamental, et comment la désintégration bêta peuple différents niveaux du noyau.

Il s'avère que deux raies pourraient être suffisamment brillantes pour être détectées par des observatoires gamma comme COSI, AMEGO ou LOX — si l'explosion se produit dans notre Galaxie. Il s'agit de la raie à 743,3 keV de l'isomère du niobium-97 et de la raie à 555,6 keV de l'yttrium-91. Pour l'instant, le calcul n'a été fait que pour une petite fraction des isomères connus, mais il est déjà clair que sans eux, l'image du ciel gamma après une fusion serait incomplète. La forge cosmique fonctionne plus subtilement que nous le pensions, et nous avons désormais une chance d'entendre ses signaux discrets.