Когда две нейтронные звезды сталкиваются, рождается килоновая — космический взрыв, который светится не только от жара, но и от распада свежесозданных тяжёлых элементов. Среди них неодим — редкоземельный металл, который в земных недрах прячется в минералах, а в космосе на короткое время становится главным дирижёром света.
Астрофизики смоделировали такую вспышку на компьютере, используя три разных набора данных о том, как атомы неодима поглощают и испускают свет. Результат удивил: яркость взрыва в инфракрасном диапазоне менялась почти в полтора раза в зависимости от выбранных таблиц. Спектр — радужная полоска, по которой учёные определяют состав — тоже заметно искажался, особенно в ближнем и среднем инфракрасном свете.
Причина оказалась в описании нейтрального неодима (Nd I) — атома, у которого все электроны на месте. Даже небольшие неточности в расчёте его энергетических уровней приводят к большим изменениям в спектре. Учёные также попробовали откалибровать данные по эталонной базе NIST — и снова увидели сильные отличия в инфракрасной части.
Это значит, что для точного моделирования килоновых, включая знаменитую AT2017gfo, нужно уделять особое внимание атомной физике каждого редкого элемента. Иначе мы рискуем неправильно понять, сколько золота, платины или урана родилось в таком взрыве.
как её написали авторы, на английском 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.
Неодим используют в мощных магнитах, которые держат дверцу холодильника закрытой, а в килоновой он на короткое время становится одним из главных источников света.