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Uma nova simulação computacional tridimensional (3D) avançada da luz emitida após a fusão de duas estrelas de nêutrons produziu uma sequência de características espectroscópicas semelhante a uma quilonova observada. “A concordância sem precedentes entre as nossas simulações e a observação da quilonova AT2017gfo indica que compreendemos amplamente o que aconteceu na explosão e nas consequências,” afirma Luke Shingles, cientista da GSI/FAIR e principal autor da publicação em As cartas do jornal astrofísico. Observações recentes que combinam ondas gravitacionais e luz visível apontaram para fusões de estrelas de nêutrons como o principal local de produção deste elemento. A pesquisa foi realizada por cientistas do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung e da Queen’s University Belfast.
As interações entre elétrons, íons e fótons dentro do material ejetado de uma fusão de estrela de nêutrons determinam a luz que podemos ver através dos telescópios. Esses processos e a luz emitida podem ser modelados com simulações computacionais de transferência radiativa. Pesquisadores produziram recentemente, pela primeira vez, uma simulação tridimensional que segue de forma autoconsistente a fusão de estrelas de nêutrons, a nucleossíntese de captura de nêutrons, a energia depositada pelo decaimento radioativo e a transferência radiativa com dezenas de milhões de transições atômicas de elementos pesados. .
Sendo um modelo 3D, a luz observada pode ser prevista para qualquer direção de visualização. Quando visto quase perpendicularmente ao plano orbital das duas estrelas de nêutrons (como indicam evidências observacionais para a quilonova AT2017gfo), o modelo prevê uma sequência de distribuições espectrais que se parecem notavelmente semelhantes ao que foi observado para AT2017gfo. “A investigação nesta área irá ajudar-nos a compreender as origens dos elementos mais pesados que o ferro (como a platina e o ouro) que foram produzidos principalmente pelo rápido processo de captura de neutrões nas fusões de estrelas de neutrões,” diz Shingles.
Cerca de metade dos elementos mais pesados que o ferro são produzidos num ambiente de temperaturas e densidades de neutrões extremas, como acontece quando duas estrelas de neutrões se fundem. Quando eles eventualmente espiralam um em direção ao outro e se aglutinam, a explosão resultante leva à ejeção de matéria com as condições apropriadas para produzir núcleos pesados ricos em nêutrons instáveis por uma sequência de capturas de nêutrons e decaimentos beta. Estes núcleos decaem até à estabilidade, libertando energia que alimenta um transitório explosivo de ‘kilonova’, uma emissão brilhante de luz que desaparece rapidamente em cerca de uma semana.
A simulação 3D combina diversas áreas da física, incluindo o comportamento da matéria em altas densidades, as propriedades de núcleos pesados instáveis e as interações átomo-luz de elementos pesados. Outros desafios permanecem, como contabilizar a taxa na qual a distribuição espectral muda e a descrição do material ejetado tardiamente. O progresso futuro nesta área aumentará a precisão com que podemos prever e compreender as características dos espectros e aprofundará a nossa compreensão das condições em que os elementos pesados foram sintetizados. Um ingrediente fundamental para estes modelos são dados experimentais atômicos e nucleares de alta qualidade, que serão fornecidos pela instalação FAIR.
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