Un equipo de investigación de expertos en física atómica, ciencia de fusión nuclear y astronomía logró calcular millones de datos atómicos de alta precisión de iones de neodimio en la colaboración internacional Japón-Lituania. Esta investigación acelera los estudios de un antiguo misterio sobre el origende metales preciosos como el oro y el platino en nuestro universo.
Aún no se ha identificado dónde y cómo se han fabricado los elementos más pesados que el hierro en el universo. Llamar la atención como uno de los orígenes de los elementos pesados es una fusión de dos estrellas de neutrones. En agosto de 2017, las ondas gravitacionales causadas por la fusiónde dos estrellas de neutrones hace 130 millones de años. Al mismo tiempo, también se observó la emisión de la luz llamada kilonova. La luz de una kilonova proviene del material liberado por la fusión de las estrellas de neutrones, y se cree que elEl material contiene abundantes elementos pesados, incluidos metales preciosos como oro y platino, y metales de tierras raras como neodimio.
Los elementos tienen la propiedad de absorber luz. La longitud de onda de la luz absorbida por el elemento y el grado de absorción son únicos para cada elemento y se denominan datos atómicos. Al utilizar estos datos atómicos, podemos estimar las especies yabundancia de elementos pesados producidos en la fusión de estrellas de neutrones mediante el análisis del brillo y las distribuciones de longitud de onda de la luz de una kilonova. Sin embargo, los datos atómicos disponibles de elementos pesados son extremadamente limitados en las bases de datos estándar mundiales ampliamente utilizadas del Instituto Nacional de Estándaresy tecnología NIST. Por lo tanto, la investigación en colaboración en los campos de la física atómica, la astronomía y la ciencia de la fusión se lleva a cabo para proporcionar datos atómicos muy precisos a la luz de una kilonova. En la investigación de la fusión nuclear, los datos atómicos son necesarios para analizar la cantidad ytransporte de impurezas como iones de hierro en plasmas de alta temperatura. Daiji Kato, profesor asociado del Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión NIFS en Japón, está colaborando con Gediminas Gaigalas, profesor de la Universidad de Vilnius en Lituania, y colegas de su grupo para avanzar en la investigación para la construcción de datos atómicos de alta precisión mediante computación.Los métodos de cálculo que se han utilizado para la investigación de la fusión nuclear se pueden aplicar a los datos atómicos para analizar la luz de una kilonova.
El equipo de investigación se centró en los iones de neodimio individual, doble y triplemente ionizados que tienen la mayor influencia sobre la luz de las kilonovas. Los iones de neodimio pueden formar más disposiciones de electrones constituyentes que las de elementos más ligeros como el hierro, y proporcionanuna gran cantidad de longitudes de onda para la absorción de luz.
El cálculo de alta precisión de átomos de múltiples electrones es un desafío debido a las dificultades para tener en cuenta las correlaciones sutiles entre los electrones. En mecánica cuántica, los efectos de correlación están representados por la superposición coherente de diferentes arreglos de electrones constituyentes. Es posible un número prácticamente infinito de arreglos. El equipo de investigación probó diferentes conjuntos de disposiciones para proporcionar datos de alta precisión en tiempos de cálculo realistas y logró encontrar el conjunto óptimo de disposiciones para cada ion de neodimio. Las energías calculadas de los electrones constituyentes concuerdan con los datos estándar mundiales del NIST con un error de aproximadamente el 10%en promedio, que es una precisión mucho más alta que la que ha logrado el equipo de investigación, y proporciona millones de longitudes de onda y probabilidades de absorción de luz. Un astrónomo del equipo, Masaomi Tanaka, profesor asociado de la Universidad de Tohoku, simuló la luz de las kilonovas utilizandotanto los datos con la mayor precisión como losdatos con poca precisión.La influencia de la diferencia de precisión sobre el brillo de la luz se evalúa cuantitativamente por primera vez en aproximadamente un 20% como máximo.Este valor es lo suficientemente pequeño como para aumentar la confianza en el análisis de la luz de las kilonovas.Por lo tanto, los resultados de esta investigación acelerarán la investigación para dilucidar los orígenes de metales preciosos como el oro y el platino en nuestro universo mediante el uso de datos atómicos de la más alta precisión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :