先进的三维计算机模拟密切反映了对中子星合并发出的光的实际观测结果，加深了我们对重元素起源的了解。对两颗中子星合并后发出的光进行的新的先进三维计算机模拟，产生了与观测到的千新星相似的光谱特征序列。

合并时的两颗中子星。三维计算机模拟技术的最新进展让人们对中子星合并后发出的光线有了更深入的了解。这些模拟对于了解比铁更重的元素的起源至关重要。资料来源：Dana Berry SkyWorks Digital, Inc.

GSI/FAIR科学家、《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上这篇论文的主要作者卢克-J-辛格斯（Luke J. Shingles）说："我们的模拟结果与观测到的千新星AT2017gfo之间前所未有的吻合表明，我们大致了解了爆炸和爆炸后发生了什么。最近结合引力波和可见光进行的观测表明，中子星合并是产生这种元素的主要场所。"

辐射转移模拟背后的力学原理

中子星合并时喷射出的物质中电子、离子和光子之间的相互作用决定了我们能通过望远镜看到的光。这些过程和发射的光都可以用辐射传递的计算机模拟来建模。研究人员最近首次制作了一个三维模拟，该模拟能够自洽地跟踪中子星合并、中子俘获核合成、放射性衰变沉积的能量以及重元素数千万次原子跃迁的辐射传递。

极震区作为一个三维模型，观测到的光线可以在任何观察方向上进行预测。当观察方向几乎垂直于两颗中子星的轨道平面时（如观测证据显示的千新星AT2017gfo），该模型预测出的光谱分布序列与观测到的AT2017gfo极为相似。Shingles说："这一领域的研究将有助于我们了解比铁更重的元素（如铂和金）的起源，这些元素主要是由中子星合并中的快速中子俘获过程产生的。"

千新星的三维模拟结果 资料来源：Luke J. Shingles et al 2023 ApJL 954 L41

大约有一半比铁重的元素是在极端温度和中子密度的环境中产生的，就像两颗中子星相互合并时产生的那样。当两颗中子星最终相互旋进并凝聚在一起时，所产生的爆炸会导致物质喷射出来，在适当的条件下，通过一连串的中子俘获和β衰变，产生不稳定的富中子重核。这些核子衰变到稳定状态，释放出的能量为爆炸性的"千新星"瞬态提供了动力，这种明亮的光发射在大约一周内迅速消退。

三维模拟结合了多个物理学领域，包括高密度下的物质行为、不稳定重核的特性以及重元素的原子-光相互作用。进一步的挑战依然存在，例如计算光谱分布的变化率，以及描述晚期喷出的物质。

这一领域未来的进展将提高我们预测和理解光谱特征的精确度，并将进一步加深我们对重元素合成条件的理解。这些模型的一个基本要素是高质量的原子和核实验数据，FAIR 设备将提供这些数据。