先進的三維電腦模擬密切反映了對中子星合併發出的光的實際觀測結果，加深了我們對重元素起源的了解。對兩顆中子星合併後發出的光進行的新的先進三維電腦模擬，產生了與觀測到的千新星相似的光譜特徵序列。

合併時的兩顆中子星。三維電腦模擬技術的最新進展讓人們對中子星合併後發出的光線有了更深入的了解。這些模擬對於了解比鐵更重的元素的起源至關重要。來源：Dana Berry SkyWorks Digital, Inc.

GSI/FAIR科學家、《天文物理學雜誌通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上這篇論文的主要作者盧克-J-辛格斯（Luke J. Shingles）說：”我們的模擬結果與觀測到的千新星AT2017gfo之間前所未有的吻合表明，我們大致了解了爆炸和爆炸後發生了什麼。最近結合引力波和可見光進行的觀測表明，中子星合併是產生這種元素的主要場所。”

輻射轉移模擬背後的力學原理

中子星合併時噴射出的物質中電子、離子和光子之間的相互作用決定了我們能透過望遠鏡看到的光。這些過程和發射的光都可以用輻射傳遞的電腦模擬來建模。研究人員最近首次製作了一個三維模擬，該模擬能夠自洽地追蹤中子星合併、中子俘獲核合成、放射性衰變沉積的能量以及重元素數千萬次原子躍遷的輻射傳遞。

極震區作為一個三維模型，觀測到的光線可以在任何觀察方向上進行預測。當觀察方向幾乎垂直於兩顆中子星的軌道平面時（如觀測證據顯示的千新星AT2017gfo），模型預測出的光譜分佈序列與觀測到的AT2017gfo極為相似。Shingles說：”這一領域的研究將有助於我們了解比鐵更重的元素（如鉑和金）的起源，這些元素主要是由中子星合併中的快速中子俘獲過程產生的。”

千新星的三維模擬結果資料來源：Luke J. Shingles et al 2023 ApJL 954 L41

大約有一半比鐵重的元素是在極端溫度和中子密度的環境中產生的，就像兩顆中子星相互合併時產生的。當兩顆中子星最終相互旋進並凝聚在一起時，所產生的爆炸會導致物質噴射出來，在適當的條件下，透過一連串的中子俘獲和β衰變，產生不穩定的富中子重核。這些核子衰變到穩定狀態，釋放出的能量為爆炸性的”千新星”瞬態提供了動力，這種明亮的光發射在大約一周內迅速消退。

三維模擬結合了多個物理學領域，包括高密度下的物質行為、不穩定重核的特性以及重元素的原子-光相互作用。進一步的挑戰仍然存在，例如計算光譜分佈的變化率，以及描述晚期噴出的物質。

這一領域未來的進展將提高我們預測和理解光譜特徵的精確度，並將進一步加深我們對重元素合成條件的理解。這些模型的一個基本要素是高品質的原子和核實驗數據，FAIR 設備將提供這些數據。