在双中子星(NS-NS)或黑洞-中子星(BH-NS)并合后,最终可能会在中心形成一个超吸积盘围绕的快转黑洞。在极高吸积率下,吸积盘内极端物理条件能够触发大量MeV中微子辐射;盘外空间的部分中微子湮灭的能量足以产生相对论性喷流,为伽玛射线暴(GRB)提供能量,这被称为中微子主导吸积流(NDAF)。来自BH-NDAF系统的各向异性中微子辐射亦能够触发引力波辐射。除此之外,并合过程产生的抛射物为千新星(kilonova)供能,在数天内发出较为明亮的紫外光学红外波段热辐射。我们注意到,垂向能移在临界吸积中可能是一种普遍存在且非常重要的冷却方式;对于NDAF而言,通过该过程可以有效释放大量伽玛光子。
我们研究了具有垂向能移结构NDAF(如图1所示)的各向异性多信使辐射,包括千新星、MeV中微子和引力波。如果抛射物随角度分布呈现各向异性,那么可能导致千新星辐射各向异性;同时,因为垂向能移机制的存在,大量伽玛光子能够从盘中磁浮力驱动的气泡到达盘表面时逸出,而其发射方向很大程度上受到了中心快速旋转黑洞引力场的影响,这些光子一旦注入抛出物(如图2所示),必将增强千新星亮度和各向异性,特别是在早期光变中。此外,NDAF中的垂向能移机制会降低原本的中微子产量,而且气泡携带的中微子贡献非常有限,所以总的来说,对中微子能谱影响不大;那么,各向异性中微子辐射引发的引力波强度亦与无垂向能移机制的NDAF模型差异无几。
该论文以“Effects of vertical advection on multimessenger signatures of black hole neutrino-dominated accretion flows in compact binary coalescences”为题,已被ApJ接受发表。第一作者为硕士研究生陈炳光,通讯作者为刘彤教授,合作者为博士生研究生齐艳青、黄保全,韦云锋博士,伊团博士,顾为民教授和薛力副教授。此工作得到了国家自然科学基金资助。
论文arXiv链接:https://arxiv.org/abs/2211.08899v1

图1 具有垂向能移的NDAF示意图

图2 伽玛光子注入抛出物进而产生千新星