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How Neutron Star Mergers make Heavy Elements

Descrizione del progetto

Approfondire la formazione degli elementi pesanti nelle fusioni di stelle di neutroni

Le stelle di neutroni sono residui densi di stelle supermassicce che sono esplose come supernove. La densità estrema, i forti campi gravitazionali e gli intensi campi magnetici che le caratterizzano ne fanno importanti laboratori naturali per la fisica fondamentale. La prima osservazione di una fusione di una coppia di stelle di neutroni binarie nel 2017 ha offerto uno spettro di qualità elevata sulla materia decompressa ricca di neutroni rilasciata nel corso della collisione. In base a quanto osservato, la materia in uscita si trasforma in una palla di fuoco in un fenomeno astronomico transitorio chiamato kilonova. Le kilonove potrebbero far progredire la nostra comprensione della fisica alla base della materia estremamente densa e dell’origine degli elementi pesanti. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto HEAVYMETAL riunirà esperti nell’ambito di diversi campi relativi alla ricerca sulle kilonove per determinare le strutture e le geometrie complessive dei deflussi originati dalle fusioni, delle abbondanze di elementi e della loro stratificazione all’interno del materiale espulso.

Obiettivo

The incredible density, gravity, and electromagnetic field strengths of neutron stars (NS) make them laboratories for physics under extreme conditions. But probing these exotic objects is difficult. With the 2017 gravitational wave detection of a NS-NS merger, the landscape changed, and we can now get high-quality spectra of the decompressed neutron-rich matter emerging from the collision. This is a new transient astrophysical phenomenon called a 'kilonova'. Kilonovae are a potential treasure trove of information on some of the biggest open questions in physics: understanding the nuclear and astrophysical pathways that created half of all the heavy elements (Z > 30) in the universe, and the physics of very hot and extremely dense matter. For this reason, they are considered a scientific priority and kilonova science is the target of several large new and upgraded facilities. But kilonovae are challenging: the phenomenon is short-lived, requiring rapid follow-up with large telescopes, the outflow is heavy element-dominated making it extremely demanding to model, and the merger itself covers a huge dynamic range and involves complex nuclear physics. To interpret the spectra we require new atomic data, which does not yet exist for most of the heavy elements. To tackle these challenges, HEAVYMETAL assembles experts in astrophysical observations, hydrodynamical merger simulation, numerical radiative transfer, and laboratory heavy element spectroscopy and atomic structure calculation. With this team we will be able to determine the structures and overall geometries of the merger outflow, the elemental abundances, and their stratification within the ejecta. By the full exploitation of kilonovae we will trace the nucleosynthesis pathways in NS mergers, and provide important insights on heavy nuclei, neutrino interactions, and the nature of high-density matter, and we will chart the role of compact object mergers as the cosmic forge of the heaviest elements.

Meccanismo di finanziamento

ERC-SYG - ERC-SYG

Istituzione ospitante

KOBENHAVNS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 2 937 182,00
Indirizzo
NORREGADE 10
1165 Kobenhavn
Danimarca

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Regione
Danmark Hovedstaden Byen København
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 937 182,00

Beneficiari (4)