Black hole to breakout: 3D GRMHD simulations of collapsar jets reveal a wide range of transients
我们提出了一套第一个3D GRMHD星的模拟，从自洽射流发射的吸积克尔黑洞（BH）的突破从恒星。我们确定了三种类型的外流，取决于角动量，$ l $，崩溃的材料和磁场，$ B $，在BH地平线上：（一）次相对论外流（低$ l $和高$ B $），（二）定常吸积激波不稳定性（SASI;高$ l $和低$ B $），（三）相对论喷流（高$ l $和高$ B $）。在没有喷流的情况下，恒星包层的自由落体为BH吸积速率提供了一个很好的估计。喷流可以大大抑制吸积率，其持续时间可以限制在恒星的磁化剖面。我们发现，大（陡峭）的内部密度幂律指数（$ \gtrsim 2 $）的祖先，面临着极端的挑战，伽马射线暴（GRB）的祖先，由于过度的亮度，全球时间演变的光变曲线在整个爆发和短的爆发时间，与观测不一致。我们的研究结果表明，各种各样的观测到的爆炸外观（超新星/超新星+伽玛暴/低光度伽玛暴）和发射相对论流出的特性（亮度和持续时间）可以自然地解释的祖先结构的差异。我们的模拟揭示了几个重要的喷流功能：（一）强磁耗散内的恒星，导致弱磁化射流突破，可能有显着的光球发射和（二）自发出现的倾斜吸积盘喷流，即使在没有任何倾斜的祖。
2021-12-26 astro-ph.HE
Neutrino Pair Annihilation in Collapsars; Ray-Tracing Method in Special Relativity
我们开发了一个数值方案和代码，估计通过中微子对湮灭（$ν+ {\bar ν} \to e^{-}+ e^{+}$）的能量和动量转移，铭记应用程序的伽马射线暴（GRBs）的Bracsar模型。为了计算从吸积盘照射的中微子通量，我们在狭义相对论的框架下进行了射线追迹计算。开发的代码的数值精度是通过几个测试，其中，我们显示与相应的解析解的比较。使用流体动力学数据，在我们的地球观测卫星模拟，我们估计的湮灭率后处理的方式。结果表明，在吸积盘的内缘附近，中微子的能量沉积和动量转移最强。发现在极漏斗区，狭义相对论的聚束效应通过几个因素改变湮灭率。在吸积盘稳定到一个稳定的状态（通常晚于$\sim 9$ s从引力坍缩的开始），我们发现，中微子加热的时间尺度在极漏斗（$\lesssim 80$ km）附近可以变得比流体动力学的时间尺度短，这表明中微子加热的流出可以在那里发射。我们指出，动量转移可以发挥同样重要的作用，为有效加速中微子驱动的外流的能量沉积。我们的研究结果表明，中微子对湮灭具有潜在的重要性等同于传统的磁流体动力学机制点燃伽玛暴火球。
2010-02-26 astro-ph.HE
Magnetically-Driven Neutron-Rich Ejecta Unleashed: Global 3D Neutrino-General Relativistic Magnetohydrodynamic Simulations of Collapsars Probe the Conditions for r-process Nucleosynthesis
研究利用新型$nu$H-AMR代码开展首批3D全球$ν$GRMHD坍缩星模拟，揭示高吸积率下MAD可抛射富中子物质，并阐明其对r过程核合成的影响。
2025-07-24 astro-ph.HE
Fast Transients from Magnetic Disks Around Non-Spinning Collapsar Black Holes
本文通过三维广义相对论磁流体力学模拟揭示非旋转坍缩星黑洞磁吸积盘驱动的磁外流可解释Ib/c型超新星双峰光变曲线的首个峰值，并预测未来观测可区分竞争模型。
2025-03-09 astro-ph.HE
R-process beta-decay neutrino flux from binary neutron star mergers and collapsars
本研究计算双中子星并合与坍缩星中r过程β衰变产生的反电子中微子能谱与通量演化，发现其平均能量3-9 MeV、通量可持续数十至数百秒，并评估了其对弥散中微子背景的次主导贡献。
2023-12-15 astro-ph.HE nucl-th
Short-duration gamma-ray bursts from off-axis collapsars
我们提出了2D高分辨率的流体动力学模拟的相对论流出的长持续时间伽马射线暴的祖先。我们分析了在宽的离轴角度的流出物的属性，产生的膨胀的热茧，围绕喷流内的祖星。我们发现，在宽角度的茧发射可能具有类似的属性的持续X射线发射的短持续时间伽马射线暴的子类。我们计算了预测的持续时间分布、红移分布和余辉亮度，发现它们都与观测到的持续辐射短伽玛暴的性质一致。我们建议，SN组件，宿主星系的属性，和晚余辉观测可以作为一个重要的测试，以验证这个模型。
2010-05-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Outflow energy and black-hole spin evolution in collapsar scenarios
本文首次在完整广义相对论下模拟坍缩星情景，发现强对齐磁场可在盘形成前发射喷流并通过 Blandford-Znajek 机制使黑洞自旋减慢，而喷流总能量可达 $>10^{53}$ erg，且常伴随 $10^{52}$ erg 量级的恒星爆炸。
2023-09-21 astro-ph.HE gr-qc
Collapsar disk outflows I: Viscous hydrodynamic evolution in axisymmetry
本研究通过轴对称黏性流体动力学模拟，研究快速旋转沃尔夫-拉叶星坍缩形成的吸积盘外流，发现其不足以产生r-过程元素，但可产生$^{56}$Ni驱动Ic-BL超新星，并指出中微子发射特征可作为前身星内部条件的观测诊断。
2024-03-13 astro-ph.HE gr-qc nucl-th
Ignition of weak interactions and r-process outflows in super-collapsar accretion disks
本研究通过解析分析与三维广义相对论磁流体模拟，探究超坍缩星吸积盘弱相互作用点火阈值与黑洞质量的关系，明确r过程核合成的黑洞质量上限，并指出这类低金属环境中的罕见源可用于探测第三星族恒星。
2025-03-19 astro-ph.HE gr-qc
Nuclear Burning in Collapsar Accretion Disks
大质量快速旋转恒星的核心坍缩被认为是长持续时间伽马射线暴（GRB）及其相关高能超新星（SNe）的前身。在坍缩后的早期，相对较低的角动量物质会从下落的恒星包层中循环到位于黑洞视界外的吸积盘中，从而产生高吸积率，为伽马射线暴喷流提供动力。在这些小半径的磁盘中平面的温度是足够高的离解核，而从磁盘的流出可以是中子丰富，并可能合成r-过程的核。然而，在稍后的时间，对于高的祖先角动量，恒星包层的外层可以在更大的半径$\gtrsim 10^{7}$ cm处圆化，在那里核反应可以在盘中平面发生（例如~ $^{4}$ $^{16}$ Ne + $γ$）。在这里，我们探讨了核燃烧的影响，通过流体动力学$α$ -粘性环面模拟耦合到一个19-同位素核反应网络，这是为了模仿晚落时代在Eksar演化时，环面的粘性时间已成为可比的信封回落时间的Eksar吸积盘和它们的流出。我们的研究结果解决了几个关键问题，如静态燃烧和吸积与爆轰的条件和产生的$^{56}$镍盘流出，我们表明，这可能有助于显着供电GRB超新星。位于最慢的，最内层的喷出物，后者可以提供必要的放射性加热源，使光谱特征的r-过程元素可见的晚时间GRB-SNe光谱。
2020-08-10 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
From Engine to Afterglow: Collapsars Naturally Produce Top-Heavy Jets and Early-Time Plateaus in Gamma Ray Burst Afterglows
我们证明，陡峭的衰减和长期的平台在早期阶段的伽马射线暴（GRB）的X射线余辉自然产生的Bracksar模型，通过一种手段，最终相关的动力学的相对论性喷流传播通过一个大质量的恒星。我们提出了二维轴对称流体动力学模拟，从一个卫星发动机和发展的所有方式通过后期余辉阶段。由此产生的外流包括一个喷流核心，在爆发后是高度相对论性的，但在与一个大质量的外壳碰撞后变成重子负载，对应于爆发时被困在喷流核心前面的祖星的恒星大气质量。在碰撞之前或碰撞过程中产生的即时发射将具有高洛伦兹因子喷流的特征，但余辉是由碰撞后的混合喷出物产生的，该喷出物比原始的高度相对论性喷流核心具有更大的惯性，因此具有延迟的减速。这自然解释了Swift发现的早期光曲线行为，包括陡峭的衰减和长时间的平台，而没有调用中央引擎的后期能量注入。数值模拟是连续进行的，从发动机到余辉，覆盖了半径超过十个数量级的动态范围。从数值输出计算的光变曲线表明，这种机制再现了早期余辉数据中看到的基本特征。最初的陡峭衰减是由内部冲击产生的，高原对应于外流的滑行阶段。
2015-04-26 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Collapsar Disk Outflows III: Detectable Neutrino and Gravitational Wave Signatures
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Heidelberg University（海德堡大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
研究塌缩盘在失败坍缩后产生的中微子和引力波信号，通过模拟分析其可检测性及对恒星爆炸机制的贡献。
2025-12-11 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Intermittent hydrodynamic jets in collapsars do not produce GRBs
强变率是伽马射线暴（GRB）瞬发辐射的一个共同特征。这种观察到的变化被广泛归因于中央发动机的不稳定性，通过在发动机排出的GRB发射射流中形成强烈的内部冲击。在本文中，我们数值研究流体动力射流的传播，定期注入的变量引擎，通过一个崩溃的恒星的信封。通过对3D数值模拟的输出进行后处理，我们计算了流出物的净辐射效率。我们发现，所有的间歇性射流受到重子污染，抑制发射和以上的光球远低于检测限。这是在连续的喷流，如最近所示，产生一个高度可变的伽马射线光球发射效率高，由于喷流与恒星的信封的相互作用。我们的研究结果挑战可变发动机模型的流体动力射流，并可能施加约束的占空比GRB发动机。如果这样的系统存在于自然界中，它们预计不会产生明亮的伽马射线发射，但应该表现为X射线，光学和无线电瞬变，类似于延迟的GRB余辉信号。
2021-04-15 astro-ph.HE
Collapsar Gamma-ray Bursts Grind their Black Hole Spins to a Halt
在大质量恒星中心新形成的黑洞（BH）的自旋从其出生值演化，这是由于两个相互竞争的过程：气体角动量的吸积增加自旋，以及流出的BH角动量的提取减少自旋。最终，最终的平衡自旋由两个过程之间的平衡决定。为了使黑洞发射相对论性喷流并为$ γ$射线暴（GRB）提供动力，黑洞磁场需要具有动力学重要性。因此，我们考虑磁制动盘（MAD）驱动BH自旋演化的情况。通过将Lowell等人（2023）的半解析MAD BH自旋演化模型应用于B-sars，我们证明了如果BH吸积其初始质量的$ \sim 20\% $，它的无量纲自旋必然会达到小值$ a \lesssim 0.2 $ .对于这样的自旋，和质量吸积率推断从星模拟，我们表明，我们的半解析模型再现了典型的伽玛暴喷流，$L_{\rm jet}\sim10^{50}\,\,{\rm erg\,s^{-1}}$的能量。我们表明，我们的半解析模型再现了典型的伽玛暴喷流的近恒定功率。如果MAD的开始被延迟，这将允许在伽玛暴光度分布的高端出现强大的喷流，$L_{\rm jet}\sim10^{52}\,\,{\rm erg\,s^{-1}}$，但最终的自旋仍然很低，$ a \lesssim 0.3 $。这些结果与由引力波探测到的BH并合双星的低自旋是一致的。在Gottlieb等人（2023）的一篇配套论文中，我们使用伽玛射线暴观测结果将出生时的BH自旋限制为$ a …
2023-02-14 astro-ph.HE
Hydrodynamic mixing of accretion disk outflows in collapsars: implications for r-process signatures
本文通过流体动力学模拟和半解析辐射输运，研究坍缩星盘风与无r过程抛射物的混合规律及其对超新星光变曲线中r过程信号的影响。
2023-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR
Black hole hyperaccretion in collapsars. I. MeV neutrinos
黑洞超吸积盘是伽马射线暴的中心发动机，如果吸积速率大于中微子主导吸积流的点燃速率，那么黑洞超吸积盘应该处于中微子主导吸积流的状态.一个被超吸积盘包围的旋转恒星质量BH可能诞生在一个大质量的核心黑洞的中心。在吸积过程的最初几百秒，质量祖源的质量供应速率通常高于点火吸积速率，但喷流通常被阻塞在包层中。因此，中微子可以从一个核心的中微子星的中心发射出来。本文研究了起源星质量和金属丰度对NDAF电子中微子时间积分谱的影响。计算的谱的峰值能量约为10-20 MeV。中微子光谱受天体质量的影响很小，低金属丰度有利于低能（$\lesssim$ 1 MeV）中微子的产生。我们还研究了NDAF和原中子星之间电子中微子谱的差异。结合电磁学和多信使天文学，人们可以用未来的中微子探测器验证大质量恒星核坍缩的可能残留物。
2019-05-13 astro-ph.HE
Cooling-induced structure formation and evolution in collapsars
大质量旋转恒星核心的坍缩和新生致密天体上的相关吸积被认为是长伽马射线暴（GRB）的动力。吸积盘的物理尺度和动力学最初由吸积盘中的角动量分布决定，物理条件使中微子发射成为吸积盘流中的主要冷却剂。在这些磁盘的结构的形成和演变是潜在的非常相关的能量释放和它的时间变异性，这最终对所观察到的伽玛射线暴的性质的印记。为了开始描述这些，考虑到问题的三维性质，我们已经进行了一组初始计算的崩溃的旋转多方核心在三维空间中，利用伪相对论的潜力和简化的冷却处方。我们专注于自重力和冷却的整体形态和流动的演变，对于一个给定的旋转速率的背景下的Bracksar模型的影响。对于典型的冷却时间，预计在这样的情况下，我们观察到的外观强大的不稳定性的冷却时间尺度磁盘形成后，调制的流动特性。这种不稳定性，以及它们在盘和中心物体之间产生的相互作用，导致获得的质量吸积和能量损失率的显著变化，这可能会转化为最终导致GRB的相对论流出功率的变化。
2013-07-11 astro-ph.HE
Multi-messenger emission from choked jets in collapsar
Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；INAF Padova（帕多瓦国家天体物理研究所）；INAF Arcetri（阿切特里国家天体物理研究所）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）；INFN Roma（罗马国家核物理研究所）
研究塌陷星体中受阻喷流的等离子体物理，通过相对论非电阻磁流体动力学模拟，确定喷流受阻参数空间，并量化强冲击波中带电粒子的加速率和效率，探讨其作为高能中微子和电磁暂现源的潜力。
2026-04-29 astro-ph.HE hep-th
Black Hole Spin-down in Collapsars in 3D Neutrino Transport GRMHD Simulations
本研究通过3D中微子输运广义相对论磁流体动力学模拟，首次发现中微子冷却盘驱动的坍缩星喷流会将黑洞自旋衰减至更高平衡值（$a_{\rm eq}\thickapprox0.13$），提升喷流功率并与观测一致，揭示不同LGRB参数下黑洞自旋的差异。
2025-02-12 astro-ph.HE
Gravitational Lensing of Neutrino from Collapsars
我们研究了长伽马射线暴的中微子辐射。超大质量恒星坍缩成黑洞，以及随之而来的喷流形成，预计将通过光介子的产生产生高能中微子。这样的中微子可以从源头逃逸并到达地球。我们集中在伽马射线暴的第三族祖先的情况下。中微子可能是宇宙中第一批恒星形成的唯一信息来源。预期的信号是相当弱的，但我们提出，引力透镜附近的超大质量黑洞可能会增强中微子发射在某些情况下。我们实施了蒙特卡洛分析，思考这种情况下的统计意义。我们认为，基于引力透镜的观测策略可能会导致从宇宙的再电离时代与当前的仪器中微子的检测。
2013-02-01 astro-ph.HE
Outflows from black hole hyperaccretion systems: short and long-short gamma-ray bursts and "quasi-supernovae"
一些与中子星（NS）-NS或黑洞（BH）-NS并合有关的长伽马射线暴（LGRB）以及一些可能由类星体产生的短伽马射线暴（SGRB）的探测混淆了两类伽马射线暴（GRB）的界限。在这两种情况下，中心引擎的一个可能的候选者是一个BH，周围环绕着一个具有强烈外流的超吸积盘，发射由布兰德福德-兹纳杰克机制驱动的相对论喷流。在紧凑的二元合并的框架下，我们测试的BH超吸积流入流出模型的适用性供电观测到的伽玛暴。我们发现，低流出比，$\sim 50\%$，合并后的超吸积过程不仅可以电源所有的SGRB，但也大多数的LGRB。一些LGRB可能确实起源于BH超吸积场景中的合并事件，至少在能量需求方面。此外，千新星可能是由富含中子的外流产生的，它们的光度和时间尺度明显取决于外流的强度。伽玛暴及其相关的千新星在盘质量和总能量收支上相互竞争。外流越强，千新星的特征就越类似于超新星（SNe）。这种“新星”可称为“准超新星”。
2018-04-16 astro-ph.HE
State-of-the-Art Collapsar Jet Simulations Imply Undetectable Subphotospheric Neutrinos
越来越多的证据表明，发射磁共振喷气机是由磁力驱动的。最近的广义相对论磁流体动力学模拟表明，由于与茧的强烈混合，喷流不断装载重子。这导致在$\gtrsim 10^{12}$ cm处的高光球。因此，光球层以下的无碰撞内部冲击是不利的，最深喷流区域的中微子生产被阻止，与文献中所假设的相反。我们发现，亚光球中微子的产生只能发生在无碰撞的子激波或磁重联的存在。有效的粒子加速是不可能的茧，在茧计数器茧激波界面，或在茧驱动的冲击，在事件中的射流停止在一个扩展的信封。这些次光球中微子的初始喷流磁化强度为$σ_0=15$ - $2000$，能量为$E_ν\lesssim 10^5$ GeV。对于位于$z \lesssim \mathcal{O}(0.1)$的源，预计将在Hyper-Kamiokande和IceCube DeepCore中观察到不止一个中微子和反中微子事件。由于它们的能量，这些中微子对冰立方中微子天文台探测到的扩散通量没有贡献。我们的研究结果对中微子的研究有一定的意义，从伽马射线暴到发光的快蓝色光学瞬变。
2023-01-06 astro-ph.HE hep-ph
GeV - PeV Neutrino Production and Oscillation in hidden jets from GRBs
长伽马射线暴已被广泛地联系到坍缩的大质量恒星的Bracksar模型的框架。核塌缩超新星中等相对论性喷流的内激波可以产生高能中微子和光子。虽然光子很难逃逸，但高能中微子可能是喷流隐藏时的唯一特征。我们表明，使用适当的参数，在GeV-PeV范围内的高能中微子可以产生在隐藏的喷流内的Eurasar，从而表明这些对象是候选人产生中微子的能量在1 - 10 PeV之间，与冰立方观测。另一方面，由于物质效应，高能中微子在离开恒星之前可能会从一种味道共振振荡到另一种味道。利用两个（太阳，大气和加速器参数）和三个中微子混合，我们研究了这些中微子的共振振荡的可能性产生的内部冲击。此外，我们还计算了物质在沿着喷流（离开恒星之前）的不同距离处以及之后在真空中、在通往地球的路径上发生中微子振荡的概率。最后，估计了地球上的中微子味比。
2013-10-26 astro-ph.HE
Photospheric velocity evolution of SN 2020bvc: signature of $r$-process nucleosynthesis from a collapsar
本文通过拟合 SN 2020bvc 的光变曲线和光球层速度，发现约 0.36 倍太阳质量的 $r$-过程物质与超新星抛射物混合能更好解释速度演化，为坍缩星作为 $r$-过程核合成场所提供了观测证据。
2023-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutrinos from collapsars
长伽马射线暴（GRB）与大质量恒星的引力坍缩有关。伽玛射线暴的中心引擎可以准直在恒星包层内传播的相对论性喷流。当喷流破坏恒星表面时产生的冲击波能够将粒子加速到非常高的能量。如果喷流含有强子成分，中微子将通过带电的π介子衰变产生。这项工作的主要目标是估计在靠近恒星表面的区域产生的中微子发射，考虑到π介子和μ介子的冷却，以及在高度磁化的介质中产生的中微子产生的微妙影响。我们估计的最大能量的不同种类的粒子和解决耦合传输方程为每个物种。一旦知道了粒子分布，我们就可以计算中微子的强度。我们研究了中微子的不同影响，可以改变不同口味的相对重量。特别地，我们考虑了由强磁场引起的中微子振荡和中微子自旋进动的影响。在星族III事件的爆发区，预期的中微子信号很弱，但由Wolf-Rayet伽玛暴产生的中微子信号与大气背景值相差不远，而由$z<0.5$产生的中微子信号与大气背景值相差不大。冰立方实验并不具备探测来自最早期恒星坍缩的中微子的灵敏度，但可以从附近的长伽马射线暴中探测到一些高能中微子。累积信号应在完整的86串配置集成数年（$\sim 10$年）内可检测到。
2013-09-24 astro-ph.HE
Black hole hyperaccretion inflow-outflow model. I. long and ultra-long gamma-ray bursts
长持续时间的伽马射线暴（LGRB）和超LGRB（ULGRB）起源于类星体，在其中心可能形成一个新生的旋转恒星质量的黑洞（BH），周围环绕着一个巨大的吸积盘。在BH超吸积流入-流出模型和Blandford-Znajek（BZ）机制触发伽马射线暴（GRB）的情况下，BZ喷流的实际吸积速率远低于来自祖星的质量供给速率。用伽玛暴光度观测可以对祖星的特征进行约束，其结果超出了通常的预期。在静止坐标系中持续数秒到数十秒的LGRB可能来自太阳金属丰度（$Z \sim 1~ Z_\odot$，其中$Z$和$Z_\odot$是祖星和太阳的金属丰度）、大质量（$M \gtrsim 34 ~M_\odot$，其中$M$和$M_\odot$是祖星和太阳的质量）恒星或一些零金属丰度（$Z \sim 0$）恒星。一小部分低金属丰度（$Z \lesssim 10^{-2}~Z_\odot$）恒星，包括星族III恒星，可以产生超级伽玛暴，如伽玛暴111209 A。在静止帧中，持续时间小于几十秒的LGRB的比例超过40 $\%$，这不符合所要求的祖星类型的比例。这可能意味着中央引擎的活动时间尺度可能比观测到的即时发射阶段的时间尺度长得多，如X射线后期活动所示。或者，LGRB和ULGRB可以由毫秒磁星中央引擎提供动力。
2017-11-28 astro-ph.HE
Ideal Engine Durations For Gamma-Ray-Burst-Jet Launch
为了研究伽玛暴发动机的持续时间，我们提出了研究伽玛暴喷流的数值模拟。我们考虑典型的爆炸能量（$10^{52}$ erg），但不同的发动机持续时间，在最宽的域从0.1到100秒。我们采用AMR二维流体动力学代码。我们的研究结果表明，发动机持续时间强烈影响射流的性质。我们表明，发射和准直相对论外流的效率随着发动机持续时间的增加，直到中间的发动机范围内，它是最高的，过去这一点的长发动机范围内，趋势略有逆转，我们称之为这一点的加速度和准直是最高的“甜蜜点”（$\sim$ 10 - 30 s）。此外，喷流能量通量表明，在这个持续时间域的变化也很高。我们认为，并不是所有的发动机持续时间可以产生准直，相对论和可变的长GRB喷流。考虑到一个典型的祖和发动机的能量，我们得出的结论是，理想的发动机持续时间，以再现长GRB是$\sim$ 10 - 30 s，在发射相对论，准直和可变射流是有利的。我们注意到，这个持续时间域与Lazzati等人（2013）有很好的联系，Lazzati等人认为BATSE的大部分长伽玛暴是由$\sim$ 10 - 20 s伽玛暴引擎提供动力的。
2017-07-04 astro-ph.HE
Inherent self-consistency of the electron fraction between neutrino-dominated accretion flows and their progenitors
Department of Astronomy, Xiamen University（厦门大学天文学系）
研究中微子主导吸积流中电子分数分布，探讨不同吸积率、黑洞自转和喷流速率下的自洽性，发现电子分数与GRB前体一致，支持NDAF作为GRB引擎。
2026-03-27 astro-ph.HE
Jets from Scratch: Dynamo-Generated Poloidal Magnetic Fields in 3D Collapsar Simulations
JILA, University of Colorado and National Institute of Standards and Technology（科罗拉多大学杰拉与联合研究所，美国国家标准与技术研究院）；Department of Astrophysical and Planetary Sciences, University of Colorado（科罗拉多大学天体物理与行星科学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系及卡弗里天体物理学与空间研究研究所）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理学系）；Steward Observatory, Department of Astronomy, University of Arizona（亚利桑那大学天文学系斯图尔德天文台）
研究通过三维广义相对论磁流体力学模拟，揭示了 collapsar 中通过 accretion-disk 动发电机产生大尺度极性磁场，从而驱动高能喷流的机制，其贡献与长持续时间伽马射线暴的能量相匹配。
2026-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Large jets from small-scale magnetic fields
我们考虑的条件下，一个旋转的磁性物体可以产生一个磁动力流出的初始未磁化的重力分层介质。三维MHD模拟中，局部的，弧形磁场的足迹被投入旋转。它示出了如何在产生准直的磁动力流出的有效性取决于旋转速率，强度和几何形状的字段。均匀旋转，非轴对称领域产生的流动被发现主要由浮力羽流加热的旋转能量耗散。如果场和旋转表面被布置成使得产生环形磁场，则形成准直的磁动力流。这需要拱廊的足点的差动旋转。这样的射流是准直良好的，我们遵循他们的传播通过分层的大气超过100倍的源大小。磁场是紧密缠绕的，并且其传播由非轴对称不稳定性的发展主导。在最长的模拟中，我们观察到超过75%的坡印廷通量转换效率。讨论了该模型在星载SAR模型和原恒星喷流中的应用。
2009-12-07 astro-ph.HE
A Tale of Two Jets: Double Relativistic Outflows from Close Binary GRB Progenitors
Institute for Frontier in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University（北京师范大学前沿天文与天体物理研究院）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）
研究提出双喷流模型，探讨紧密双星GRB前身中第二喷流的动力学及其观测特征，通过洛伦兹因子比、对齐角和时间延迟影响观测信号，预测SKA、eXTP等观测手段可验证该模型。
2026-03-29 astro-ph.HE
Weibel instability in hot plasma flows with production of gamma-rays and electron-positron pairs
本文给出了两种逆流热相对论等离子体流中的韦伯不稳定性的理论分析和数值模拟结果，例如具有静止质量密度$ρ\sim 10^{-4}\; \text{g}\, \text{cm}^{-3}$、洛伦兹因子$Γ\sim 10$和适当温度$T \sim 10^{13}\; \text{K}$的电子-质子等离子体流。的不稳定性增长率和细丝的尺寸在线性阶段被发现解析，并在定性与三维粒子在细胞模拟的结果。模拟中考虑了电磁场中的非相干同步辐射和光生电子对。如果等离子体流足够密集、快速和/或热，则同步加速器光子的总能量可以比所产生的电磁场的能量大得多。此外，由于在所产生的磁场中的成对光生，可以产生相当数量的正电子。我们提出了一个粗略的标准，判断丰富的对生产和同步辐射损失。通过这个判据，我们得出结论，非相干同步辐射和对生产过程中的韦伯不稳定性可以有意义的伽马射线暴的Bracksar模型。
2017-09-16 astro-ph.HE
Production of Nickel-56 in black hole-neutron star merger accretion disk outflows
一个紧凑的物体合并事件的可能结果是一个中心黑洞，周围是一个快速吸积的环形碎片。这个碎片盘是元素合成的丰富来源，其结果需要预测个别事件的电磁对应物，并了解合并对银河系化学演化的贡献。在这里，我们研究的背景下，一个二维的，时间相关的黑洞中子星合并吸积盘模型的盘流出核合成。我们使用两个时间快照，从这个模型来研究的影响的中微子通量从磁盘上的元素合成的演变。虽然早期磁盘快照的中微子通量似乎有利于富含中子的流出，但后期快照的情况则相反。因此，我们在流出物中发现了大量的镍-56。
2013-12-04 astro-ph.HE astro-ph.SR
GRMHD Simulations of Accreting Proto-Magnetars II. Implications for r-process Nucleosynthesis
Columbia University（哥伦比亚大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（计算天体物理学中心，富尔顿研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（加拿大理论天体物理研究所，多伦多大学）
该研究通过GRMHD模拟对比原磁星与黑洞吸积的抛射物特征，发现磁驱动外流可合成全范围r-过程核，吸积原磁星是潜在重要重r-过程源。
2026-09-02 astro-ph.HE
Jet production in black-hole X-ray binaries and active galactic nuclei: mass feeding and advection of magnetic fields
相对论喷流只在X射线双星（XRB）的低/硬和中间状态下被观察到，并在热状态下被关闭，但它们似乎存在于低光度和发光的活动星系核（AGN）中。人们普遍认为，强大的大规模磁场是产生喷流的关键因素;只有通过有效的外圆盘平流才能获得这种磁场。我们认为，几何薄吸积盘与磁流出存在于发光的射电大声AGN，这可能是因为星际介质提供了质量和足够的磁通量的外盘。这种盘的大部分角动量被流出物移除，并且盘的径向速度与粘性漂移速度相比显著增加。这有利于有效的磁场平流通过光盘，以产生一个强大的领域附近的黑洞在发光活动星系核，这有助于发射相对论喷流。在XRB中，来自伴星的气体的磁场太弱，无法驱动外部圆盘的外流。因此，由于盘中低效的磁场平流，在热状态下关闭射流。
2019-02-25 astro-ph.HE
Gamma-Ray Burst Central Engines: Black Hole Vs. Magnetar
伽马射线暴（GRB）发现于四十多年前，至今仍是现代天体物理学的前沿课题。也许与伽马射线暴相关的最基本的问题是最终为它们提供动力的天体物理代理（或代理）的性质：中央引擎。在这篇评论中，我专注于可能的中央引擎的长持续时间的伽玛暴，目前的意见放在这些模型的限制。长伽马射线暴肯定与大质量恒星的死亡有关，但中心引擎是吸积的黑洞还是快速旋转的高磁化中子星（一种“原磁星”）仍然没有定论。这种区别在最近对大质量旋转的“原中子星祖先”的核心坍缩的MHD模拟中得到了特别的关注，这表明来自原中子星的强大的磁离心外流可能完全阻止了黑洞的形成。虽然黑洞和磁星GRB模型仍然是可行的，我认为磁星模型是更成熟的意义上，它提供了定量的解释的持续时间，能量，洛伦兹因子，和准直的长GRB外流。鉴于这些优点，打破目前僵局的一个有希望的策略是进一步发展磁星模型，直到出现不可避免的（和可证伪的）预测。这一行动过程标志着一个新的挑战，翻译与时间相关的喷流属性（功率，磁化，和洛伦兹因子）到可观的（伽马射线光变曲线和光谱）。
2010-01-27 astro-ph.HE
Could TDE outflows produce the PeV neutrino events?
观测到一个潮汐破裂事件（TDE）AT 2019 dsg与一个PeV中微子事件IceCube-191001 A相关联，比光学爆发滞后半年。已知TDE可产生超快流出。如果TDE发生在多云的环境中，流出云的相互作用可能会形成冲击波，产生加速质子，从而从云中的强子相互作用延迟中微子。在这里，我们调查的中微子生产AT 2019 dsg通过检查TDE流出云相互作用模型。我们发现，对于速度为0.07 c、动力学亮度为$10^{45}\rm erg\ s^{-1}$的流出物，质子可能会被弓激波加速到$\sim$ 60 PeV，并通过与云的相互作用产生PeV中微子。在这个模型中预测的中微子数依赖于模型参数的不确定性，为了与观测结果相匹配，一些具有挑战性的参数值已经被涉及。对于硬质子指数$Γ=1.5$，PeV中微子事件数可以是$\sim 4\times10^{-3}$。
2022-06-09 astro-ph.HE
Particle Acceleration, Coronal Neutrino Production, and the Diffuse Extragalactic Neutrino Background from Supermassive Black Holes
Princeton University（普林斯顿大学）
本文基于超大质量黑洞日冕中粒子加速理论，探讨中微子产生机制，并论证其对IceCube观测到的亚PeV尺度弥散 extragalactic 中微子通量的贡献。
2026-08-20 astro-ph.HE
High-energy Neutrinos from Outflows Powered by Kicked Remnants of Binary Black Hole Mergers in AGN Accretion Disks
本研究探讨AGN吸积盘中BBH并合产生的残余黑洞风驱动激波，计算中微子产生及探测前景，提出与引力波联合观测的候选系统。
2024-03-14 astro-ph.HE
Pulse-resolved Classification and Characteristics of Long-duration GRBs with \emph{Swift}-BAT Data.I. Precursors versus Main Bursts
Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology, Ningbo University（宁波大学基础物理与量子技术研究院）；School of Physical Science and Technology, Ningbo University（宁波大学物理科学与技术学院）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）
本文通过Swift-BAT数据研究长持续时间GRB的前兆与主爆发特性，发现前兆具有更长的MVT和零中位延迟，可能源于不同的喷流形成机制。
2026-01-29 astro-ph.HE
Production of Jets before Neutron Star Mergers
Rose-Hulman Institute of Technology（罗斯-赫尔曼理工学院）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Institute of Astronomy, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院天文研究所）；Purdue University（普渡大学）
中子星合并前磁层相互作用产生双喷流电流，增强高能辐射并产生前导信号。
2026-02-17 astro-ph.HE
Jet Launching Radius in Low-Power Radio-Loud AGNs in Advection-Dominated Accretion Flows
利用我们的理论生产的相对论外流，我们估计的喷流发射半径和推断的质量吸积率为52个低功率射电响亮AGN的基础上观测到的喷流功率。我们的分析表明：（1）吸积能量的一个显着的分数是需要转换的吸积质量相对论能量粒子的生产附近的事件视界的喷流，（2）喷流发射半径径向移动到地平线的质量吸积率或喷流功率增加，（3）没有喷流/流出形成超过44引力半径是可能的。
2018-05-09 astro-ph.HE
Accretion Regimes of Neutrino-Cooled Flows onto Black Holes
本研究建立黑洞中微子冷却吸积盘的一维广义相对论黏滞流体模型，系统探究不同参数下的吸积模式，揭示其与r过程核合成及超千新星暂现源的关联。
2025-07-31 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Production of the entire range of r-process nuclides by black hole accretion disc outflows from neutron star mergers
本文研究了双中子星和中子星-黑洞合并中黑洞吸积盘流出流的$r$过程核合成.这些外流，由角动量输运过程和核复合提供动力，代表了一个重要的-在某些情况下占主导地位-对合并喷射的总质量的贡献。在这里，我们计算的核合成产率从磁盘流出使用热力学轨迹从流体动力学模拟，耦合到一个核反应网络。我们发现，流出产生一个强大的丰度模式周围的第二$r$-过程峰值（质量数$A \sim 130$），独立于模型参数，与显着生产的$A < 130$核。这意味着可能不需要高电子分数的动态喷出物来解释贫金属星中观测到的$r$过程元素丰度。在我们的大多数模拟中，圆盘流出达到第三个峰值（$ A \sim 195$），尽管产生的量敏感地依赖于圆盘粘度、环面的初始质量或熵以及核物理输入。我们的一些模型在$A = 132$产生了一个丰度峰值，这在太阳系$r$过程分布中是不存在的。尖峰来自圆盘中的对流，并取决于模拟中对核加热的处理。我们的结论是，光盘外流提供了一个重要的-也许是占主导地位的-贡献的$r$-过程产量紧凑的二进制合并，因此必须包括在评估这些系统的贡献时，在银河系中的$r$-过程元素的库存。
2016-10-30 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Ultra-relativistic, neutrino driven flows in GRBs: A double transonic flow solution in Schwarzschild spacetime
本文计算了Schwarzschild黑洞极区中微子湮灭驱动的流体动力学双跨音速流在不同能量沉积剖面下的结构。要求流入黑洞和流出到无穷远的流都能平稳地通过它们的音速点，这就确定了驻点半径和驻点压力。流出的渐近功率被示出为在停滞半径以上的能量沉积率的积分。流出生产效率取决于能量沉积剖面，并且对于较浅的剖面通常较高。使用最近的中微子湮灭率的计算，我们估计，超过50%的总能量沉积在视界以上，可以出现在无穷远的相对论流出的形式。在流出物的膨胀过程中等离子体的连续产生导致产生大的比熵。这对伽玛暴中的瞬发光球辐射有重要意义。
2013-03-18 astro-ph.HE
The relativistic outflow driven by the large-scale magnetic field from an accretion disk
本文建立广义相对论MHD公式描述吸积盘大尺度磁场驱动的外流，约束初始等离子体β范围，并指出AGN、XRB和GRB喷流均需强磁化高温初始条件。
2025-03-15 astro-ph.HE
High-resolution VLBI observations of and modelling the radio emission from the TDE AT2019dsg
潮汐破裂事件（TDE）涉及到在超大质量黑洞（SMBH）附近的恒星的粉碎。附近的（$\approx$ 230 Mpc）相对无线电安静，热发射为主的源AT 2019 dsg是第一个TDE与潜在的中微子协会。非热辐射的起源仍然没有定论;可能性包括相对论性喷流或次相对论性外流。区分它们可以解决中微子产生机制。高分辨率甚长基线干涉测量5-GHz观测提供了0.94 $\pm$ 0.65 mas yr $^{-1}$（$3.2 \pm 2.2~c$; $1-σ$）的自行。无线电发射的建模有利于起源于减速外流（速度$\approx$ 0.1 $c$）和致密的环核介质之间的相互作用。通过观测波段的同步自吸收频率的过渡标志着在152.8 $\pm$ 16.2天的峰值通量密度为1.19 $\pm$ 0.18毫焦耳。均分分析表明发射区距离为$\geqslant$ 4.7 $\times$ 10 $^{16}$ cm，磁场强度$\geqslant$ 0.17 G，数密度$\geqslant$ 5.7 $\times$ 10 $^{3}$ cm $^{-3}$。破坏涉及一颗$\approx$ 2 $M_\odot$星，穿透因子为$\approx 1$，总能量输出为$\leqslant$ 1.5 $\times$ 10 $^{52}$尔格。外流是由恒星碎片吸积到SMBH辐射驱动的。中微子的产生可能与质子加速到P…
2022-01-17 astro-ph.HE
Three-dimensional simulations of long duration gamma-ray burst jets: time scales from variable engines
伽马射线暴的光变曲线具有显著的可变性，每一个都显示出独特的性质。这种变化的起源，至少对于一小部分长伽玛暴来说，可能是不稳定的中心引擎的结果。因此，重要的是要研究的效果，一个情节中央发动机上的喷流传播，并最终，对即时的排放内的Mesosar的情况。因此，在这项研究中，我们遵循的相互作用的脉冲外流与他们的祖先恒星流体动力学数值模拟在二维和三维。我们表明，非定常射流的传播是受影响的相互作用与祖材料以及后的爆发时间，特别是对于长的静止时间，相当于或大于一秒的射流。我们还表明，这种相互作用可以导致一个不对称的行为，其中脉冲持续时间和静止周期是系统不同的。在脉冲射流钻过祖先和星际介质之后，我们发现，平均而言，静止时期持续的时间比脉冲长（即使在具有对称的活动和静止发动机时间的模拟中）。这可以解释在长静止时间持续的伽马射线暴的光变曲线中检测到的不对称性。
2016-03-08 astro-ph.HE
Necessary Conditions for Short Gamma-Ray Burst Production in Binary Neutron Star Mergers
短伽马射线暴（sGRB）的核心引擎隐藏在人们无法直接看到的地方，其运行规模远小于发射出的辐射所探测到的规模。因此，我们不仅要从{\it触发器}的形成（能够为sGRB提供动力的实际天体物理配置）来推断它的起源，还要从可能参与产生它的各种演化途径所产生的后果来推断它的起源。考虑到双星中子星合并，我们通过分析和数值模拟来批判性地评估，由新形成的超大质量中子星产生的中微子驱动的风是否可以允许其坍缩后的准直相对论外流实际上产生sGRB。通过与观测到的sGRB持续时间分布进行比较，我们发现在外流被阻塞之前，崩溃不能被显著延迟（<= 100 ms），从而限制了长寿命超大质量残留物解释这些事件的可能性。在喷流成功突破中微子驱动风的情况下，储存在茧中的能量可能有助于在sGRB中观察到的前兆和扩展发射。
2014-05-13 astro-ph.HE
Seyfert Galaxies as Neutrino Sources: An Outflow$-$Cloud Interaction Perspective
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
本文从出流-云相互作用角度研究赛弗特星系产生中微子的机制，通过模拟快速AGN风与核区云团碰撞形成弓形激波，加速宇宙射线质子，进而产生高能中微子，验证了赛弗特星系能解释观测到的TeV中微子通量。
2026-04-09 astro-ph.HE
Cumulative neutrino background from quasar-driven outflows
类星体驱动的外流自然地解释了河外$γ$射线背景中缺失的成分，这些成分是通过前向外流激波加速的质子与星际质子之间的相互作用产生的中性π介子产生的。我们研究了同一质子同时发射中微子的情况。我们采用了最适合河外$γ$射线背景数据的流出参数，并推导出中微子能量为$E_ν\gtrsim 10$ TeV的$\sim10^{-7}\,\rm GeV\,cm^{-2}\,s^{-1}\,sr^{-1}$的累积中微子背景，这自然解释了最近的冰立方数据，而无需调整任何自由参数。类星体流出的$γ$射线和中微子之间的联系可以用来限制宇宙学距离上强激波的高能物理。
2016-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Three-dimensional GRMHD simulations of the remnant accretion disks from neutron star mergers: outflows and r-process nucleosynthesis
双星中子星的合并，或者中子星和恒星质量黑洞的合并，可以导致在旋转黑洞周围形成一个巨大的旋转环面。除了提供伽马射线暴喷流的准直介质外，这些盘的未束缚外流是质量喷射和快速中子俘获（r-过程）核合成的重要来源。我们提出了第一个三维广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟的中微子冷却吸积盘在中子星合并，包括一个现实的状态方程在低密度和温度下有效，自洽的电子分数的演变，和中微子冷却通过一个近似的泄漏计划。经过磁绕组的初始磁场放大后，我们目睹了由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流的剧烈发作。磁盘迅速达到之间的平衡，从MRI驱动的湍流加热和中微子冷却，调节中平面电子分数到一个低的平衡值$Y_\text{e} \approx 0.1$。在380毫秒的模拟时间，我们发现，一个分数$\approx 20\%$的初始环面质量是不受约束的强大的外流速度$v \approx 0.03-0.1\,c$和电子分数$Y_\text{e} \approx 0.1-0.25$。通过核反应网络对流出物进行后处理，显示出稳健的第二和第三峰r-过程的产生。虽然与以前的轴对称流体动力学模拟的结果大致一致，外推我们的结果晚表明，总喷出物质量从GRMHD磁盘显着更高。我们的研究结果提供了强有力的证据，合并后的磁盘流出是一个重要的网站的r-过程。
2017-11-02 astro-ph.HE gr-qc
On the extragalactic jet asymmetry and composition, and the production of high energy cosmic rays
我们探讨了相对论外流到千秒差距尺度喷流在宇宙射线传播和加速中的方向不对称性的作用。我们的示例包含托管密集集群环境的强大AGN。我们试图彻底描述超高能宇宙线的产生和加速发生在哪里和何时，也使用大尺度结构的活动星系核的射电观测和活动星系核所在的热致密气体的X射线数据。就宇宙射线原色而言，相对论质子或温和相对论电子/正电子的存在对喷流的能量预算有很大贡献，使它们能够有效地加热团内气体。
2012-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
