Three-dimensional spectral modelling of astrophysical transients : unravelling the nucleosynthetic content of supernovae and kilonovae

Descripción del proyecto

Una investigación podría aportar información novedosa sobre los elementos creados durante las explosiones estelares

Rastrear el origen de la formación de elementos químicos constituye una de las búsquedas más apremiantes de la astronomía. En este sentido, se cree que la mayoría de los elementos de la tabla periódica tienen su origen en supernovas y kilonovas. Sin embargo, un número cada vez mayor de nuevos datos de observación y técnicas de modelización avanzadas permiten a los investigadores determinar experimentalmente la nucleosíntesis y la estructura de materiales de transición. El objetivo del proyecto financiado con fondos europeos SUPERSPEC es determinar el origen de los elementos mediante el estudio de los espectros de supernovas y kilonovas en la denominada fase nebular, en la que se vuelven visibles las regiones interiores. Para ello, se desarrollarán nuevos métodos de síntesis espectral que capturen con precisión las propiedades microfísicas y macrofísicas fundamentales. Los resultados del proyecto no solo ayudarán a determinar la producción de elementos cósmicos, sino que además ofrecerán un campo de pruebas para las teorías de la evolución estelar, la nucleosíntesis y los procesos explosivos.

Objetivo

Determining the origin of the elements is a fundamental quest in physics and astronomy. Most of the elements in the periodic table are believed to be produced by supernovae and kilonovae. However, this has for decades been little more than a prediction from theory. Now, with a dramatically changing observational situation and new modelling capabilities, it is within our reach to determine the nucleosynthesis production and structure in these transients. To really see what supernovae and kilonovae contain, we must study their spectra in the later so called nebular phase when the inner regions become visible. This project is aimed at establishing the first picture of the origin of elements by determining the yields from supernovae and kilonovae using such analysis. To do this, new spectral synthesis methods need to be developed considering the necessary microphysical (ejecta chemistry, r-process physics, time-dependent gas state) and macrophysical (3D radiation transport) processes to obtain sufficient accuracy. These tools will then be applied to the first 3D explosion simulations of these transients now becoming available. When applied to the growing library of data emerging from automated surveys and follow-up programs, as well to the recent first kilonova observations, this will provide a breakthrough in our understanding of these transients. This development will not only allow a determination of cosmic element production, but also allow tests of theories for stellar evolution, nucleosynthesis, and explosion processes. This will in turn have fundamental impact on several fields of astrophysics such as population synthesis, galactic chemical evolution modelling, and understanding of mass transfer in the progenitor systems. It has a strong connection to recent detections of stellar-mass black holes and merging neutron stars by gravitational waves.