Decoding nucleosynthesis in neutron star mergers through accurate atomic data of the heavy elements

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00694
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Tanaka Masaomi 東北大学, 理学研究科, 教授 (70586429)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田沼 肇 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30244411) ; 中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (50361837) ; 加藤 太治 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (60370136)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 中性子星合体 / 原子データ / 重力波 / 重元素

Outline of Final Research Achievements

By performing systematic atomic calculations for heavy elements synthesized in neutron star mergers, we have constructed fundamental atomic data for the interpretation of kilonova signal. Also, we performed laser induced breakdown spectroscopy to measure transition probabilities of heavy elements, which serve as benchmark for theoretical atomic calculations. By using these results, we constructed complete and accurate atomic data for the application to kilonova. We have performed radiative transfer simulations using the new atomic data and succeeded in identifying heavy element features in optical and near-infrared spectra of kilonova.

Free Research Field

宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、中性子星合体からの電磁波シグナル（キロノバ）の解釈のために必要不可欠な重元素の原子データを構築することに成功した。その結果、キロノバのスペクトルの解釈が可能となり、中性子星合体でストロンチウム、セリウム、ランタンといった元素が合成されたことを初めて分光学的に明らかにすることができた。本研究の成果は、宇宙における重元素の起源の理解を大きく進めるものである。また、構築した原子データは全世界に向けて公開されており、本研究の成果は広く研究コミュニティに貢献するものである。