本文關(guān)鍵詞：雙中子星并合產(chǎn)生的電磁信號研究

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【摘要】：包含中子星和恒星級黑洞的雙致密星系統(tǒng)并合,是千赫茲引力波最可能天體物理起源。激光干涉引力波天文臺(LIGO)直接探測到了來自雙黑洞相互繞轉(zhuǎn)、并合的引力波信號GW 150914,開啟了天文學(xué)的一個新時代。在這個多信使的時代,探測到來自雙致密星并合的電磁信號,將會大大增加科學(xué)產(chǎn)出。關(guān)鍵問題就是致密雙星的并合究竟產(chǎn)生哪些可觀測的電磁信號。短時標(biāo)的伽瑪射線暴很早之前就被認(rèn)為是來源于致密雙星的并合。對于短暴的觀測發(fā)現(xiàn),至少一部的短暴被準(zhǔn)直在很小的張角內(nèi),因此大部分的引力波信號可能無法與短暴同時探測到。其他的一些來自致密雙星并合的電磁信號,尤其是來自中子星雙星并合電磁信號,引起了人們的興趣。雙中子星的并合可能導(dǎo)致不同的產(chǎn)物,最大的不確定性來源于我們對高密度物質(zhì)狀態(tài)方程的缺乏了解。雙中子星并合有四種可能的產(chǎn)物：(1)直接產(chǎn)生一個黑洞；(2)較差旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量中子星,將在10-100毫秒內(nèi)坍縮為黑洞；(3)一個穩(wěn)定的中子星；(4)均勻轉(zhuǎn)動的大質(zhì)量中子星,坍縮成為黑洞的典型時標(biāo)大約為幾百秒。不同的并合產(chǎn)物將會對產(chǎn)生的電磁信號的性質(zhì)有很大的影響。在第一章中,我們對雙中子星并合研究進展做了一個綜述。主要介紹中子星的質(zhì)量分布,致密雙星并合的產(chǎn)物以及拋射物的性質(zhì),引力波電磁對應(yīng)體的探測標(biāo)準(zhǔn)和不同波段的觀測設(shè)備等。對于并合產(chǎn)物為黑洞,可能存在的電磁對應(yīng)體包括短暴和它的余輝；由于并合拋射物與環(huán)境介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的長時間的射電余輝；并合的拋射物合成的重核衰變供能外的暫現(xiàn)源,稱為千新星(kilonova),我們在第二章中介紹這些電磁信號的性質(zhì)。在第三章中,我們考慮并合之后產(chǎn)生了一個磁星,與并合產(chǎn)物為黑洞相比,磁星可以通過磁偶極輻射產(chǎn)生Poynting主導(dǎo)的外流體。這種情況下,將會產(chǎn)生更加豐富的電磁信號。磁星星風(fēng)加速拋射物,使拋射物達到相對論速度,產(chǎn)生正向激波。考慮到Poynting流會通過磁重聯(lián)等方式轉(zhuǎn)化為正負電子對的動能。極端相對論的星風(fēng)受到拋射物的阻擋,形成在星風(fēng)中傳播的反向激波。同時磁星星風(fēng)對拋射物加熱效應(yīng),拋射物的熱輻射產(chǎn)生類似超新星的并合新星(merger-novae)。由于Poynting流轉(zhuǎn)化為正負電子的動能的效率不能達到100%。磁星的星風(fēng)很有可能是混合著Poynting流和極端相對論的正負電子對。在第四章中,我們研究磁星星風(fēng)在任意磁化參數(shù)σ情形下,正向激波和反向激波輻射。我們發(fā)現(xiàn)反向激波輻射強烈依賴于磁星星風(fēng)的磁化參數(shù)σ,特別是在σ≈0.3時產(chǎn)生的反向激波輻射最強。將來的觀測將有助于診斷出磁星星風(fēng)的具體成分。第五章中,我們做了簡要的總結(jié)和展望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P145.6

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本文編號：1270737