Kilonovor och r-process-elementens kosmiska ursprung: atomstruktur och opaciteter

Projekttitel: Kilonovor och r-process-elementens kosmiska ursprung: atomstruktur och opaciteter
Huvudsökande: Jon Grumer, avdelningen för astronomi och rymdfysik
Beviljade medel: 3 600 000 SEK för perioden 2021-2024

Om du har på dig ett guld- eller platinasmycke av något slag, går du med stor sannolikhet runt och bär på kosmiska spillror från en av universums mest spektakulära händelser. Händelser så kraftfulla att de bokstavligen skakade om universum. Det är slutsatsen från observationen av gravitationsvågen med det fantasifulla namnet GW170817 – krusningar i själva rumtiden som vittnar om en våldsam kollision mellan två neutronstjärnor, som virvlat ihop under en dramatisk dans tills de slutligen slitit varandra i stycken. Om de två neutronstjärnorna kollapsat ihop till ett massivt svart hål eller inte debatteras livligt i forskarvärlden. Den efterföljande ljusstarka explosionen av het gas observerades av hela 70 olika teleskop, i rymden och på sju kontinenter. Astronomer tror nu att det är i den här neutronrika gasen, en s.k. kilonova, där de allra tyngsta grundämnena i periodiska systemet skapats. Och inte så lite heller: i dagsläget tror man att så mycket som 16000 jordmassor med atomer av olika slag slungades ut i tomma rymden i den här explosionen, varav hela 10 jordmassor uppskattas bestå av just guld och platina!

Svaren på frågorna ”var” och ”när” guld och andra tyngre ämnen skapats i universum har get astronomer huvudbry i decennier. Att lättare ämnen kan fusioneras till tyngre i kärnan av stjärnor, och att det är den typen av process som ger stjärnor energi nog att skina, har varit känt sedan tidigt 1900-tal. Man trodde att stjärnor var som stora kemiska fabriker som kunde producera i princip alla grundämnen i periodiska tabellen. Denna teori har dock senare visat sig vara problematisk, då endast grundämnen lättare än järn verkar kunna skapas genom sådana fusionsprocesser. Observationerna som indikerar att kilonovor kan producera ämnen tyngre än järn i stora kvantiteter, och därmed ge svar på gåtan om de tunga grundämnenas ursprung, skapade därför inte bara vågor i tid och rum, utan även i forskarvärlden.

Gåtan kring de tunga grundämnenas ursprung bör även påminna oss om hur sammankopplade vi faktiskt är med de mest fjärran delarna av kosmos. Astronomi kan ibland kanske framstå som att det handlar om något väldigt avlägset och abstrakt, när det egentligen berör något som är väldigt nära – vårt eget, tingens och alltings ursprung. I det här forskningsprojektet föreslår jag nya metoder för att med datormodellers hjälp nå fram till slutgiltiga observationer av vilka tunga ämnen som faktiskt skapas i de mystiska kilonovorna.