双中子星并合产生的电磁信号研究

发布时间：2017-12-09 14:27

  本文关键词：双中子星并合产生的电磁信号研究

  更多相关文章： 致密双星并合 引力波 电磁对应体 同步辐射

【摘要】：包含中子星和恒星级黑洞的双致密星系统并合,是千赫兹引力波最可能天体物理起源。激光干涉引力波天文台(LIGO)直接探测到了来自双黑洞相互绕转、并合的引力波信号GW 150914,开启了天文学的一个新时代。在这个多信使的时代,探测到来自双致密星并合的电磁信号,将会大大增加科学产出。关键问题就是致密双星的并合究竟产生哪些可观测的电磁信号。短时标的伽玛射线暴很早之前就被认为是来源于致密双星的并合。对于短暴的观测发现,至少一部的短暴被准直在很小的张角内,因此大部分的引力波信号可能无法与短暴同时探测到。其他的一些来自致密双星并合的电磁信号,尤其是来自中子星双星并合电磁信号,引起了人们的兴趣。双中子星的并合可能导致不同的产物,最大的不确定性来源于我们对高密度物质状态方程的缺乏了解。双中子星并合有四种可能的产物：(1)直接产生一个黑洞；(2)较差旋转的大质量中子星,将在10-100毫秒内坍缩为黑洞；(3)一个稳定的中子星；(4)均匀转动的大质量中子星,坍缩成为黑洞的典型时标大约为几百秒。不同的并合产物将会对产生的电磁信号的性质有很大的影响。在第一章中,我们对双中子星并合研究进展做了一个综述。主要介绍中子星的质量分布,致密双星并合的产物以及抛射物的性质,引力波电磁对应体的探测标准和不同波段的观测设备等。对于并合产物为黑洞,可能存在的电磁对应体包括短暴和它的余辉；由于并合抛射物与环境介质相互作用产生的长时间的射电余辉；并合的抛射物合成的重核衰变供能外的暂现源,称为千新星(kilonova),我们在第二章中介绍这些电磁信号的性质。在第三章中,我们考虑并合之后产生了一个磁星,与并合产物为黑洞相比,磁星可以通过磁偶极辐射产生Poynting主导的外流体。这种情况下,将会产生更加丰富的电磁信号。磁星星风加速抛射物,使抛射物达到相对论速度,产生正向激波。考虑到Poynting流会通过磁重联等方式转化为正负电子对的动能。极端相对论的星风受到抛射物的阻挡,形成在星风中传播的反向激波。同时磁星星风对抛射物加热效应,抛射物的热辐射产生类似超新星的并合新星(merger-novae)。由于Poynting流转化为正负电子的动能的效率不能达到100%。磁星的星风很有可能是混合着Poynting流和极端相对论的正负电子对。在第四章中,我们研究磁星星风在任意磁化参数σ情形下,正向激波和反向激波辐射。我们发现反向激波辐射强烈依赖于磁星星风的磁化参数σ,特别是在σ≈0.3时产生的反向激波辐射最强。将来的观测将有助于诊断出磁星星风的具体成分。第五章中,我们做了简要的总结和展望。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P145.6

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本文编号：1270737