Взаимодействия между электронами, ионами и фотонами в материале, созданном при столкновении нейтронных звезд, детерминируют свет, который мы наблюдаем через телескопы. Такие процессы и свет можно воссоздать с помощью компьютерного моделирования переноса излучения. Недавно исследователям впервые удалось разработать трехмерную модель, способную последовательно отслеживать процессы, начиная с слияния нейтронных звезд, затем происходит нуклеосинтез с захватом нейтронов, высвобождение энергии через радиоактивный распад, и заканчивая радиационным переносом с участием десятков миллионов атомных переходов для тяжелых элементов.
Трехмерная модель теперь позволяет предсказать видимый свет для наблюдателей с любого угла. При анализе наблюдений события слияния нейтронных звезд, наподобие AT2017gfo, модель способна предсказать последовательность спектральных распределений, которые сильно напоминают наблюдаемые данные AT2017gfo. Это важно для понимания происхождения элементов, тяжелее железа, как, например, платины и золота, которые преимущественно образуются в результате быстрого захвата нейтронов в процессе слияния нейтронных звезд.
Приблизительно половина тяжелых элементов, тяжелее железа, создается в условиях высоких температур и плотностей нейтронов, что достигается в результате слияния двух нейтронных звезд. Когда они сошлись и слейлись, происходит мощный выброс материала, создающего необходимые условия для формирования нестабильных тяжелых ядер через последовательные нейтронные захваты и бета-распады. Эти ядра со временем становятся стабильными, высвобождая энергию, вызывая сверхъяркое излучение, которое исчезает в течение недели.
Это трехмерное моделирование объединяет разные области физики, включая поведение вещества при экстремальных условиях, свойства нестабильных тяжелых ядер и взаимодействие между атомами и легкими тяжелыми элементами. Впереди еще множество вызовов, таких как учет изменения спектральных характеристик и описания материала, выброшенного позднее. Новые открытия в этой области значительно улучшат точность прогнозов и наше понимание условий синтеза тяжелых элементов. Для успешной работы моделей необходимы высококачественные атомные и ядерные экспериментальные данные, которые будут предоставлены с помощью установки FAIR.