Induced Gravitational Collapse, Binary-Driven Hypernovae, Long Gramma-ray Bursts and Their Connection with Short Gamma-ray Bursts
短、长伽马射线暴(GRB)起源于具有特定能量释放、光谱、持续时间等特征的亚类,并具有二元祖先。我们在这里审查的双星驱动的超新星(BdHNe)子类的祖先是CO $_\textrm{core}$ -中子星(NS)。CO $_\textrm{core}$的超新星爆发在其中心产生了新的NS($ν$ NS),并触发了NS的超临界吸积。NS可以变成更大的NS或坍缩成黑洞(BH)。我们总结了这个主题,从2012年的第一个分析估计到2018年最新的三维(3D)光滑粒子流体动力学(SPH)数值模拟。长伽玛暴比以前认为的更丰富、更复杂。SN和吸积解释了X射线的前兆。NS吸积,其崩溃和BH形成产生的SN喷出物的不对称性,这意味着一个三维伽玛暴分析。被喷出物包围的新生BH和从NS继承的磁场是\emph{inner engine},电子-正电子($e^+e^-$)等离子体和高能发射从该\emph{inner engine}开始。$e^+e^-$对喷出物的影响将SN转变为超新星(HN)。喷出物中的等离子体动力学解释了MeV域中的超相对论瞬发辐射和X射线域中的早期余辉的轻度相对论耀斑。$ν$ NS发射对HN的反馈解释了X射线晚余辉及其幂律机制。所有这些都与试图用超相对论喷流的动能解释所有GRB相的GRB模型形成了对比,传统上在“Brachisar-Fireball”模型中提出。此外,BdHNe以其不同的风味导致…
2019-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Probing the central engine of long gamma-ray bursts and hypernovae with gravitational waves and neutrinos
作为长伽马射线暴(GRB)和超超新星(HNe)的核心引擎,有两种常见的可行能源候选者,中微子湮灭和磁场。我们研究了伴随这两种机制的引力波发射。特别是,我们专注于从一个巨大的黑洞周围的超吸积盘中微子产生的GW信号。我们表明,中微子诱导的GWs是可检测的$\sim$ 1 Mpc的事件由LISA和$\sim$ 100 Mpc的DECIGO/BBO,如果中央引擎是由中微子。GW信号依赖于视角,它们与中微子信号是反关联的。但是,同时中微子检测也是预期的,并有助于诊断爆炸机制时,后来的电磁观测使我们能够确定来源。GW和中微子观测对于探测不产生即时发射的阻塞喷流以及成功的喷流是潜在有用的。即使在没有探测到的情况下,对GWs和中微子的观测也可能对GRBs和HNe的核心引擎产生有益的影响。
2009-12-03 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Nucleosynthesis in neutrino-driven winds in hypernovae
研究了在$3M_\odot$星坍缩过程中临时形成的大质量原中子星(mPNS)吹出的中微子驱动风中的核合成。这样的mPNS将在超新星中形成。我们构建稳定和球对称风的解决方案。根据最近的数值相对论模拟,我们将大中微子光度设置为$\sim 10^{53}\ {\rm erg\ s^{-1}}$,电子中微子和反中微子的平均能量设置为$ε_{ν_e}=9-16\ {\rm MeV}$和$ε_{\barν_e}=11-18\ {\rm MeV}$。风的解决方案表明更短的温度下降的时间尺度比从普通PNS的风,并根据$ε_ν$,风可以是中子丰富和质子丰富。在富中子风中,发生了$r$ -过程,mPNS基准风模型的丰度分布与贫金属弱$r$星HD~122563的丰度分布基本一致,尽管第三峰元素仅在$\barν_e$能量远大于$ν_e$能量时产生.在富质子风中,发生强的$νp$ -过程并合成$A>100$核素。在某些情况下,合成的核可以是富中子的,因为mPNS的大中微子光度提供了足够数量的中子。
2015-09-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
GRB/HN from Kerr Black Holes in Binaries
在坍缩星模型中,一颗大质量恒星(大于20个太阳质量)不能产生SN而形成BH,这为理解长伽马射线暴(GRB)和伴随的超新星(HN)提供了主要框架。然而,单颗双星模型解释了双星的数量,预测核心旋转太慢,无法产生GRB/HNe。我们提出了一个二元演化模型,允许形成克尔黑洞(BH)的BH的自旋可以估计从崩溃前的轨道,并使用Blandford-Znajek(BZ)机制来估计GRB/HN的可用能量。粒子数合成研究表明,该模型可以解释长伽玛暴和亚亮伽玛暴粒子数。
2010-09-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
GRBs from Weakly-Magnetized, Slowly-Rotating Stars in Binaries
利用Case-C质量转移的双星恒星演化模型,对X射线双星中的一些黑洞的自旋进行了预测(至少在三种情况下得到了观测的证实)。这种黑洞的旋转能量足以激发(长)伽马射线暴和超新星(GRB/HNe),并且仍然留下克尔黑洞。然而,BH-祖星内部的强磁场(B场)和/或发电机效应可能会迅速耗尽恒星核心的角动量,从而阻止了黑洞的形成。因此,即使双星可以产生克尔黑洞,它们的大部分旋转都是通过吸积恒星地幔获得的,在黑洞的形成和旋转之间有很长的延迟。因此,不是伽玛射线暴的好来源。我们研究了由这类黑洞的祖先产生伽玛暴的必要条件。潮汐同步和阿尔文时标进行了比较不同强度的B场穿过He星。我们寻找一个B-场范围,它允许潮汐自旋所有的方式进入恒星核心,但防止其慢下来在差分旋转阶段。能量学产生一个强大的B场在核心崩溃,这使得伽玛射线暴中央引擎,也估计。一个观察合理的选择参数。
2014-02-05 astro-ph.HE
An Argument for Weakly-Magnetized, Slowly-Rotating Progenitors of Long Gamma-Ray Bursts
本文利用Case-C质量转移的双星演化方法,对X $-$射线双星中的几个黑洞的自旋进行了预测,并得到了三种情况的观测证实。这些黑洞的旋转能量足以为长伽马$-$射线暴和超新星(GRB/HNe)提供能量,并且仍然留下克尔黑洞。然而,这种恒星内部的强磁场和/或发电机效应耗尽了它们核心的角动量,从而阻止了类星体的形成。因此,即使双星可以产生克尔黑洞,它们的大部分旋转都是从恒星地幔获得的,在黑洞形成和旋转之间有很长的延迟。这样的双星不会形成伽玛暴。我们研究所需的条件,以产生伽玛射线暴是否可以满足这样的BH的祖先。潮汐同步和阿尔文时标进行了比较,不同强度的磁场线程He星。一个搜索的磁场范围内,允许潮汐自旋的所有方式在恒星的核心,但防止其慢下来在差分旋转阶段。能量产生一个强大的磁场在核心崩溃,这可能会允许伽玛射线暴中央引擎,也估计。一个观察合理的选择参数被发现($B \lesssim10^2$ G线程缓慢旋转的他星),这使得铁核心,以保持大量的角动量。因此,Case-C-mass-transfer双星通道能够解释长伽玛暴。然而,在它们的氢燃烧和氦燃烧阶段,祖细胞必须具有低的初始自旋和低的内部磁场。
2013-11-19 astro-ph.HE
Improving timing sensitivity in the microhertz frequency regime: limits from PSR J1713$+$0747 on gravitational waves produced by super-massive black-hole binaries
利用PSR J1713 $+$ 0747的高步频定时观测,研究了单个超大质量黑洞双星在圆轨道上产生的连续引力波.我们使用欧洲脉冲星定时阵列(EPTA)中的望远镜观测这颗毫秒脉冲星,在2011年4月至2015年7月期间,平均周期约为1.6天,包括2013年2月至2014年4月期间的平均周期。高步频观测被用来提高整个$0.008-5$ $μ$ Hz GW频率范围内的脉冲星定时灵敏度。我们在分析中使用两种算法,包括光谱拟合方法和贝叶斯方法。为了进行独立比较,我们还使用了以前发表的贝叶斯算法。我们发现,贝叶斯方法提供了最佳的结果和定时观测的脉冲星的地方95%的上限上的CGW的天空平均应变振幅为$\lesssim3.5\times10^{-13}$在1 $μ$ Hz的参考频率。我们还发现,在20 nHz的参考频率下,低频CGW的天空平均应变振幅的95%上限为$\lesssim1.4\times10^{-14}$。
2018-04-27 astro-ph.HE
Interacting compact binaries: modeling mass transfer in eccentric systems
讨论了含有一颗白矮星和一颗中子星的偏心双星(WD-NS双星)的质量传递。我们表明,这样的二进制文件产生的字段二进制以下一系列的质量转移事件,使白矮星形成之前的中子星。我们预测了与观测到的WD-NS双星J1141+6545类似的双星的轨道性质,并表明它们将经历从白矮星到中子星的幕式质量转移。此外,我们描述了油对水,一个两相SPH形式主义,我们已经制定了在这样的二进制模型的传质。
2011-10-19 astro-ph.HE
Expected gamma-ray emission from x-ray binaries
目前众所周知,某些大质量双星系统的条件允许粒子加速并产生GeV-TeV的伽马射线。然而,目前还不完全清楚哪些粒子负责这种发射以及参与了哪些辐射过程。讨论了在大质量双星系统中,哪些参数决定了粒子的加速过程以及粒子产生的高能辐射。
2011-11-25 astro-ph.HE
Modelling the synchrotron emission from O-star colliding wind binaries
许多早型星都是双星系统。其中一些显示出具有周期性变化的无线电发射率。这种变化与相对论电子发射的非热同步辐射有关。将电子加速到高能量所需的强烈冲击是由辐射驱动的恒星风的碰撞产生的。研究O星碰撞风双星的非热辐射是必要的。本文介绍了我们对天鹅座OB2 No.9碰撞风模拟的初步结果。
2011-01-28 astro-ph.HE
Studying the age of supergiant companions in the magnetized X-ray binaries
人们多次提出利用高质量X射线双星中的中子星作为X射线探测器,嵌入其超巨星伴星的风馈系统中,以抑制来自超巨星伴星的恒星线驱动风。我们演示了如何结合各种可观的HMXB的X射线吸积光度产生的风馈NS,以估计和约束的年龄的捐助者。这将有助于我们研究每个施主模型的恒星演化轨迹。由于大质量恒星的演化基本上是由质量损失决定的,而由于风的微观结构未知,质量损失率的直接测量受到重要的不确定性的影响。
2023-01-15 astro-ph.HE
A General Relativistic Magnetohydrodynamic Model of High Frequency Quasi-periodic Oscillations in Black Hole Low-Mass X-ray Binaries
本文对黑洞低质量X射线双星的高频准周期振荡现象提出了一种可能的解释。通过求解微扰广义相对论磁流体动力学方程组,我们发现了具有环形磁场的吸积盘中Alfven波的两个稳定模。我们认为,这两种模式可能会导致双高频QPO,如果它们产生的过渡区之间的内部平流占主导地位的吸积流和外部薄盘。这个模型自然地解释了QPO的上下频率的3:2关系,以及黑洞质量和QPO频率之间的关系。
2010-03-26 astro-ph.HE
Radio emission from high-mass binaries with non-accreting pulsars
拥有非吸积脉冲星的双星系统是有效的非热辐射源,从无线电到伽马射线。这种宽带辐射被认为来自伴星和脉冲星风碰撞的区域。这种震源类型的典型例子是PSR B1259 $-$ 63。高能辐射探测的是二元尺度的激波结构,而射电辐射则产生于系统之外,在受冲击的恒星风和脉冲星风可能由于流体动力学不稳定性而混合的区域。理解冲击流的演化强烈依赖于低能辐射的适当表征。我们已经进行了数值计算的无线电发射产生的高质量的双星托管一个年轻的脉冲星。采用处方的系统中的冲击流和非热粒子注入,我们已经产生了合成的无线电发射图,可以与观测进行比较。初步结果表明,发射的整体流量应该是相当缓慢的,与脉冲星风磁化在冲击高于孤立的脉冲星。
2011-03-15 astro-ph.HE
Spin-Orbit Misalignment of Merging Black-Hole Binaries with Tertiary Companions
研究了外伴星对并合黑洞(BH)双星轨道和自旋演化的影响。一个足够近和倾斜的伴星可以激发双星的Lidov-Kozai(LK)偏心率振荡,从而缩短其合并时间。在这种LK增强的轨道衰减期间,BH的自旋轴通常表现出混沌演化,导致与初始对准配置的最终自旋-轨道失准角的宽范围($0^\circ$ - $180^\circ$)。对于不经历偏心激发的系统,只能产生适度的($\lesssim 20^\circ$)自旋轨道失调,我们推导出一个解析表达式的最终失调使用绝热不变性的原则。自旋轨道失调直接影响引力波形,可以用来约束BH双星的形成方案和外部伴星的动力学影响。
2017-09-03 astro-ph.HE
Resonant Capture of Stars by Black Hole Binaries: Extreme Eccentricity Excitation
研究了大质量黑洞双星通过平均运动共振俘获恒星并引发潮汐瓦解事件(TDE)的机制,发现恒星偏心率会被激发至接近1,该电磁对应体有助于未来LISA任务定位引力波事件。
2024-10-16 astro-ph.HE
Low-mass X-ray binaries from black-hole retaining globular clusters
最近的研究表明,球状星团(GC)可能保留了大量的恒星质量的黑洞(BH),而不是长期以来的信念,几个到零黑洞。我们模拟人口的BH低质量X射线二进制文件(BH-LMXBs),一个理想的可观察的代理难以捉摸的单一BH,从一个有代表性的银河系GC与变量BH人口。我们模拟的BH-双星在GC的形成,通过交换之间的相互作用的公司数十至数百个BH的双星和单星。此外,我们考虑的BH人口的影响进行引力波驱动的合并的紧凑双星的速度。BH-LMXB的布居特性和二元性质对GC的结构参数以及不可观测的BH布居都很敏感。我们发现,保留$\sim 1000$ BH的GC产生一个星系人口的$\sim 150$弹出BH-LMXB,而保留只有$\sim20$ BH的GC产生零弹出BH-LMXB。此外,我们探讨了一些目前已知的BH-LMXB可能起源于GC的可能性,并确定了五个候选系统。
2017-08-20 astro-ph.HE
Dark jets in the soft X-ray state of black hole binaries?
X射线二进制观测导致的解释,强大的紧凑的射流,在硬状态下产生的,淬火时,源过渡到其软状态。本文的目的是讨论一个强大的暗喷流仍然存在于软状态的可能性。以黑洞X射线双星GX 339 -4和H 1743 -322为例,将观测到的软态X射线功率密度谱输入到一个内激波喷流模型中。值得注意的是,预测的无线电发射与目前的上限一致。我们的研究结果表明,对于这两个源,一个紧凑的暗喷流可以坚持在软状态下,其动力学功率相比,硬状态没有重大修改。
2016-12-20 astro-ph.HE
Lyman edges in supermassive black hole binaries
我们提出了一个新的光谱特征的超大质量黑洞双星(SMBHB)的circumbinary气体盘:急剧下降的流量蓝莱曼极限。如果在光谱的莱曼连续区中占主导地位的气体足够冷(T <20,000 K)以包含大量的中性氢,则会产生突出的边缘。如果双星的扭矩在圆盘中打开一个中心空腔,并从内部区域清除大部分热气,并且如果来自单个BH的任何残余UV发射是暗淡的或间歇性的,则环双星圆盘可能处于这种状态。我们使用辐射转移代码TLUSTY模型的垂直结构和光谱的circumbinary磁盘,并确定BH质量和二元分离产生莱曼边缘的范围。我们发现,轨道周期为0.1 - 10年的紧凑超大质量双星,其引力波(GWs)预计将被脉冲星定时阵列(PTA)检测到,可能有突出的莱曼边缘。这样强的光谱边缘特征通常不存在于活动星系核的光谱中,可以作为SMBHB存在的佐证。
2014-11-16 astro-ph.HE
Reconstruction of Chirp Mass in the Search of Compact Binaries
利用过剩能量法搜索了由模型特性较差的源产生的引力波。它通过在GW探测器网络中搜索多余能量的重合出现来识别GW事件。虽然它对广泛的信号形态敏感,但能量离群值可能被背景噪声事件(背景)填充,从而降低了真实信号的统计置信度。然而,如果源的物理被部分地理解,则可以施加弱模型依赖约束来抑制背景。本文提出了一种新的思路,当搜索集中在从紧凑的二进制合并产生的GW时,使用重建的啁啾质量以及两个拟合优度参数来抑制背景。
2015-10-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
Natal Kicks and Time Delays in Merging Neutron Star Binaries - Implications for r-process nucleosynthesis in Ultra Faint Dwarfs and in the Milky Way
合并的中子星双星是重r过程核合成的主要候选源。重r-过程物质的数量与物质抛射和合并率一致,遗迹放射性物质的丰度表明,重r-过程物质是在罕见的事件中产生的。对可能的macronovae的观测为这个模型提供了进一步的支持。不过,一些担忧依然存在。一个是在超暗矮星(UFD)星系中观测到重r过程元素。UFD的逃逸速度是如此之小,以至于在中子星诞生时发生的出生撞击可能会将这样的双星从UFD中弹射出来。此外,UFD的旧恒星星族要求r-过程核合成必须在很早的时候发生,而致密双星可能需要几个Gyr才能合并。这最后一个问题也出现在银河系内,在一些低金属丰度的恒星中观察到了重r过程物质。我们在这里表明,由于相当一部分中子星双星的形成与一个非常小的自行,这些将不会被弹出,甚至从UFD。此外,这些双星中有很大一部分在几百万年内合并,在某些情况下,合并时间甚至短于一百万年。这种“快速合并”的人口解释了UFD和银河系中重r过程材料的出现。
2016-09-02 astro-ph.HE
The cosmological distribution of compact object mergers from dynamical interactions with SMBH binaries
我们结合复杂的高精度散射实验,从Millenium-II模拟的结果,计算与超大质量黑洞二进制(SMBHBS)动态相互作用的束缚紧凑对象(CO)二进制的宇宙合并率。我们考虑由白矮星(WD),中子星(NS)和黑洞(BH)组成的双星。由红移$\sim 5$得到的WD-WD、NS-NS、BH-BH、BH-NS双星和EBBH(黑洞偏心双星)的总合并率分别为$4.32\times 10^3\,{\rm yr}^{-1}$($5.93\times10^2\,{\rm yr}^{-1}$代表Ia型SNe)、$82.7\,{\rm yr}^{-1}$、$96.3\,{\rm yr}^{-1}$、$13.1\,{\rm yr}^{-1}$和$148\,{\rm yr}^{-1}$,其中银河系中心的CO双星分数为0.1。计算了双星合并点相对于宿主星系的距离($R$)分布。分布显示了广泛的距离高达$\sim$兆秒差距,这尾是由逃逸的超高速CO双星。由于周围环境的物质密度的差异,具有不同$R$的合并事件预期在其EM对应物中显示显著不同的签名。特别是,产生相对论喷流但发生在星系际介质中的合并事件(尤其是NS-NS),相对于其即时发射,余辉辐射将非常弱。这些事件,我们称之为“偏离中心”,只能从CO双星和SMBHB之间的近距离接触产生;因此,这种合并事件的检测将表明附近SMBHB的存在,特别是具有高质量比,在一个…
2019-06-24 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The role of structured OB supergiant winds in producing the X-ray flaring emission from High Mass X-ray Binaries
超巨星快速X射线瞬变星(Supergiant Fast X-ray Transients,SFXTs)是INTEGRAL卫星发现的一类新的高质量X射线双星,其耀斑持续时间从几分钟到几小时,峰值亮度为1 E36 - 1 E37 erg/s。在明亮的爆发之外,它们显示出频繁的长期耀斑活动,达到X射线光度水平1 E33 - 1 E34 erg/s,正如最近用雨燕卫星观察到的那样。由于一些具有超巨星施主的高质量X射线双星(HMXB)的耀斑性质与SFXTs相似,因此有人认为这两类双星的耀斑活动可能是由相同的机制产生的,可能是组成超巨星风的团块的吸积。我们发展了一个新的具有球对称和非球对称外流的OB超巨星星云风模型。我们研究了在持久性和瞬态HMXB两类中,云团风对中子星的吸积效应。
2010-04-12 astro-ph.HE
Modelling the expected very high energy gamma-ray emission from accreting neutron stars in X-ray binaries
本文基于改进的Cheng & Ruderman模型,通过蒙特卡洛级联模拟研究了X射线双星中吸积中子星在10 GeV以上的预期伽马射线辐射,并给出了与Fermi/LAT和VERITAS观测的比较。
2023-08-11 astro-ph.HE
X-ray Polarimetry as a Tool to Constrain Orbital Parameters in X-Ray Binaries
本文提出一种利用X射线偏振建模约束X射线双星倾角的新方法,并以IXPE观测的GS 1826-238为例展示其应用潜力。
2023-12-28 astro-ph.HE
The likely Fermi detection of the Be X-ray binary GRO J1008-57: hint for gamma-ray production in neutron-star X-ray binaries
在我们的搜索从Be X射线双星的伽马射线发射的数据分析与费米伽马射线太空望远镜上的大面积望远镜(LAT),我们发现可能检测GRO J1008-57。该双星的轨道周期为249.48天,只有在轨道相位0.8- 0.9(>4 sigma)时才能被发现。进一步的光变曲线分析表明,这一发现可能主要是由于在2012- 2013年前后的一个轨道周期中,在该源发生巨大的X射线爆发之后发生的发射事件。这种偶尔有伽马射线发射事件的性质与另一颗高质量X射线双星4U 1036-56中所见的相似。然而,考虑到可能从吸积中子星发射伽马射线的模型很难解释观测到的10^{34}尔格·秒^{-1}的源光度,除非距离被大大高估。为了更清楚地确定GRO J1008-57或类似的高质量X射线双星的高能发射特性,并找到理解伽马射线发射如何产生的线索,还需要进一步的观测研究。
2019-09-03 astro-ph.HE
The origin of long soft lags and the nature of the hard-intermediate state in black hole binaries
针对黑洞双星硬中间态中软滞后异常增大的问题,本文用吸积率涨落的传播滞后替代混响解释,通过Compton化成分的能谱交叠实现滞后符号反转。
2023-07-29 astro-ph.HE
Modeling Flows Around Merging Black Hole Binaries
合并中的大质量黑洞双星是由星系合并产生的。黑洞合并的最后阶段会产生强大的引力辐射,可以被太空中的LISA探测到。在气体和磁场存在的情况下发生黑洞合并的情况下,也可能产生各种类型的电磁信号。模拟这种最终合并的电磁对应物需要演化黑洞周围强场区域的气体和场的行为。我们已经朝着解决这个问题迈出了一步,通过映射动态的,三维广义相对论时空中的无压物质流,围绕合并的黑洞。我们发现单个黑洞和二元黑洞的结果之间,以及二元黑洞中非旋转和旋转的黑洞之间,碰撞和流出速度存在质的差异,包括当物质的净角动量较低时合并的特征。如果未来的磁流体动力学结果证实了这些差异,它可能允许评估的性质的双星,以及产生一个可识别的电磁对应伴随的引力波信号。
2009-07-31 astro-ph.HE gr-qc
The Formation of Rapidly Rotating Black Holes in High Mass X-ray Binaries
像天鹅座X-1这样的高质量X射线双星(HMXRB)拥有一些迄今为止已知的旋转速度最快的黑洞(BH),达到旋转参数$a \gtrsim 0.84$。然而,有几种效应可以严重限制直接坍缩所能获得的最大BH自旋参数,例如潮汐同步,磁核-包络耦合和质量损失。在这里,我们提出了一个替代方案,其中BH是由{ \it失败}超新星(SN)爆炸,无法解除恒星祖。大量的回退物质被吸积,它们与次级粒子的相互作用自然会增加其整体角动量含量,因此,吸积时BH的自旋也会增加。通过SPH流体动力学模拟,研究了一颗$8M_{\odot }$前SN星与一颗轨道周期为$\approx1.2$天的$12M_{\odot}$伴星组成的密近双星的不成功爆炸,发现即使直接坍缩的自旋参数为$a \lesssim 0.3$,也有可能得到一个高自旋参数$a\gtrsim0.8$的BH.这种情况也自然地解释了在HMXRB恒星同伴中观察到的大气金属污染。
2017-08-02 astro-ph.HE
Viscous timescale in high mass X-ray binaries
内容:发现低质量X射线双星的功率密度谱具有很低的频率突变,低于该频率时,功率密度谱近似为白噪声结构,而在较高频率时,功率密度谱近似遵循$P_ν\propto ν^{-1.3}$定律。目的:2005年,Gilfanov和Arefiev研究了$10^{-8}-10^{-1}$ Hz频率范围内持久性LMXB的X射线变化,为了确定高质量X射线双星的功率密度谱是否具有相似的性质,以及低质量X射线双星的发现是否也适用于高质量双星,我们分析了Rossi X射线定时探测器的全天监视器产生的高质量X射线双星源的时间序列。方法:利用自相关函数的余弦变换,获得了高质量X射线双星的功率密度谱。结果:我们确定了七个源的断裂频率,即OAO 1657-415,SS 433,Vela X-1,SMC X-1,4U 1700-377,GX 301-2和LMC X-1。OAO 1657-415、SS 433、SMC X-1和LMC X-1等源相对于轨道频率($f_{break}/f_{orbit}$)的归一化突变频率与Roche瓣溢出系统的突变频率一致。然而,其他高质量X射线双星系统船帆座X-1、GX 301-2和4U 1700-377具有较大的破裂频率比$f_{break}/f_{orb} $,这表明粘性时间较短。这些都是风吸积源,系统中的恒星风只允许形成短半径的圆盘。因此,我们定性地区分的罗氏瓣溢出双星风吸积系统…
2011-02-21 astro-ph.HE
Accurate evolutions of inspiralling and magnetized neutron-stars: equal-mass binaries
通过执行新的,长期的和数值精确的广义相对论模拟磁化,等质量的中子星双星,我们调查的作用,现实的磁场可能在这些系统的演化。特别是,我们研究了磁场的演化,并表明它们可以通过加速坍缩成黑洞来影响合并时产生的超大质量中子星的生存。我们还提供了证据,即使纯粹的极向最初,磁场产生的环面周围的黑洞具有环形和极向分量的等效强度。当我们估计磁场对这些系统在螺旋过程中或合并后发出的引力波信号产生影响的可能性时,我们得出结论,对于现实的磁场强度B<~ 1 e12 G,这种影响可以被先进的LIGO或先进的Virgo等探测器探测到,但只是边缘。然而,在小质量双星的情况下,随着引力波探测器(如爱因斯坦望远镜)的发展,磁致变化可能会被检测到,在大于2 kHz的频率上具有更高的灵敏度。
2011-02-10 astro-ph.HE gr-qc
Transient X-ray Sources as Extremely Eccentric Mass-Transfer Binaries with Compact Companions
Washington University(华盛顿大学)
提出X射线瞬变源由恒星-致密天体偏心双星在近星点处的质量转移产生,并解释其轨道演化及周期性特征。
2026-10-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
Probing Ultralight Bosons with Compact Eccentric Binaries
自旋黑洞通过超辐射过程可以大量产生超轻玻色子,并形成类氢光谱的束缚态。我们表明,这样的“引力原子”通常具有巨大的质量四极杆,并导致显着的轨道进动时,它与第二个紧凑的对象形成一个偏心二进制。动力学形成的黑洞双星或脉冲星-黑洞双星在它们的早期吸气期间是典型的偏心的。我们发现,大的轨道岁差可以在它们的引力波或脉冲星定时信号中产生明显的和可观测的信号。
2021-07-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The Origin of Elements from Carbon to Uranium
为了更深入地理解元素周期表中元素的起源,我们从第一性原理出发,为从C(A=12)到U(A=238)的所有稳定元素构建了银河系化学演化(GCE)模型,即,使用所有化学富集源的理论核合成产额和事件速率。这使我们能够预测元素的起源作为时间和环境的函数。在太阳附近,我们发现初始质量M> 30 M_(\odot)的恒星,如果有M~20- 50 M_(\odot)的超新星(HNe)的贡献,就可以成为失败的超新星。超渐近巨星分支(AGB)星(在太阳金属丰度处具有M~8- 10 M_ \odot)对GCE的贡献可以忽略不计,除非低质量超AGB星的混合白矮星爆发为Iax型超新星,或者高质量超AGB星爆发为电子俘获超新星(ECSNe)。在中子俘获元素中,第二(Ba)和第三(Pb)峰元素的观测丰度与我们从AGB星的慢中子俘获过程(S-过程)的最新产量很好地再现。第一个峰值元素Sr、Y和Zr是由ECSNe和AGB星一起产生的。中子星合并可以产生快速中子俘获过程(r-过程)元素的Th和U,但时间尺度太长,无法解释低金属丰度的观测。如果25-50 M_ \odot超新星中有3%是产生r-过程元素的磁旋转超新星,就可以很好地解释所观察到的演化趋势,如Eu的演化趋势。随着太阳的邻居,我们还预测的演化趋势,在晕,凸起,厚盘未来的比较与银河系考古调查。
2020-08-11 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational Radiation from Close Binaries with Time-Varying Masses
在弱场极限下的广义相对论四极近似中,时变的四极矩产生引力辐射。双星轨道是产生引力波的主要机制之一,也是多波段引力波探测器的主要源和背景。在这篇论文中,我们介绍了来自密近双星的引力辐射的额外贡献,这些贡献来自于随时间变化的质量以及轨道运动产生的质量。我们在二元点质量的四极极限下推导出这些效应的相位相关公式,该公式简化为Peters和Mathews(1963)在每个分量的质量取常数时推导出的公式。我们表明,从质量变化的引力辐射可以是数量级大于轨道运动。
2019-08-21 astro-ph.HE gr-qc
Estimates for Disk and Ejecta Masses Produced in Compact Binary Mergers
有不可抗拒的观测证据表明,至少有一颗中子星的致密天体双星系统是短伽马射线暴的前身,也是r过程元素的产生地,至少在合并过程中喷射出一些物质并形成吸积盘时是如此。最近对引力波和电磁波的观测,使得我们需要一个模型来预测一个给定的合并的结果,以及作为双星初始参数的函数的相关物质流出的性质。在这篇手稿中,我们提供了更新的拟合公式,估计盘质量的双中子星双星和喷出物质量的黑洞-中子星和双中子星双星,拟合的数值模拟的结果。我们提出的拟合公式改进现有的模型,旨在简化分析,通过覆盖更大的参数空间区域,并占参数空间的数值模拟不覆盖的区域,但物理上明显的合并结果。
2020-09-14 astro-ph.HE gr-qc
Numerical simulations of neutron star-black hole binaries in the near-equal-mass regime
对中子星-黑洞(NSBH)双星的模拟通常考虑质量在$(5-10)M_\odot$范围内的黑洞,我们期望在那里找到大多数恒星质量的黑洞。然而,理论上不能排除低质量黑洞的存在。与中子星伴星的双星系统中的低质量黑洞可以模仿中子星-中子(NSNS)双星,因为它们提供类似的引力波(GW)和电磁(EM)信号。为了了解NSNS合并和低质量NSBH合并之间的差异和相似之处,需要进行数值模拟。在这里,我们进行了一组模拟低质量NSBH合并,包括系统兼容的GW 170817。我们的模拟使用了成分和温度依赖的状态方程(DD 2)和近似的中微子输运,但没有磁场。我们发现,低质量的NSBH合并产生的残留磁盘显着小于以前预期的质量,并与合并后流出的质量推断从GW 170817适度不对称的质量比一致。与GW 170817相容的系统产生的动力学喷出物是可以忽略的,除非质量比和黑洞自旋在允许的参数空间的边缘。这种动态喷出物是冷的,富含中子,并且对于中子星:$v\sim (0.1-0.15)c$的潮汐破裂过程中产生的喷出物来说,速度出奇地慢。我们还发现,残余黑洞的最终质量与现有的分析预测是一致的,而最终自旋的黑洞是明显大于预期-高达$χ_{\rm BH}=0.84$为我们的质量相同的情况下。
2019-03-21 astro-ph.HE gr-qc
X-ray spectra of black hole X-ray binaries with returning radiation
本文在盘-冕模型的灯柱状冕假设下改进黑洞X射线双星光谱计算,考虑直接辐射与返回辐射共同产生反射光谱,并自洽计算电离参数,展示不同状态下的模型预测并讨论局限与改进方向。
2024-11-26 astro-ph.HE gr-qc
Quark Novae: An Alternative Channel For the Formation of Isolated Millisecond Pulsars
孤立毫秒脉冲(IMSP)是一个学术争论的话题。有各种各样的模型来解释它们的形成。我们探讨了IMSP通过夸克新星(QN)的形成。在这个形成过程中,当中子星(NS)的质量达到1.8 $\rm M_\odot$时,低质量X射线双星(LMXB)就会被破坏。使用人口合成,这项工作估计,银河系出生率的QN产生的IMSPs之间的$\sim 9.5\times10^{-6}$和$\sim1.7\times10^{-4}$ $\rm yr^{-1}$。在我们的实验模型中所显示的不确定性是由于QN的反冲速度。此外,我们的研究结果不仅表明,QN产生的IMSPs比合并产生的IMSPs在统计上更显着,而且具有高偏心率的毫秒脉冲星双星可能起源于LMXB,这些LMXB参与了QN,但没有被QN破坏。
2019-06-20 astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation of Be stars via wind accretion: Case study on Black hole + Be star binaries
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院云南天文台);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Institute of Science and Technology Austria(奥地利科学技术研究所);Zhoukou Normal University(周口师范学院)
本文提出通过风罗奇洛夫溢流机制形成黑洞+Be星双星的新模型,并预测银河系中此类系统的数量及观测潜力。
2025-12-21 astro-ph.HE astro-ph.SR
Formation of black hole X-ray binaries with non-degenerate donors in globular clusters
在这封信中,我们提出了一个形成通道的低质量X射线双星与黑洞吸积和非退化的捐助者通过放牧潮汐遇到亚巨星。我们估计,在一个典型的致密球状星团的核心密度的$10^5$恒星pc $^{-3}$,形成率约为一个二进制每陀螺每50-100保留黑洞。捐赠者-剥离的亚巨星-与相同颜色的亚巨星或巨星分支恒星相比,将是强烈的不发光。潮汐剥离的产物在数亿年内,与相同颜色的正常恒星相比,至少有一个星等的亮度不足,并且与普通双星中可能由非灾难性质量转移产生的亮度不足的红色恒星不同。动态形成的双星成为静止的低质量X射线双星,寿命约为一个陀螺。预期的X射线双星的数量是每50-200个保留的黑洞中有一个,而预期的强暗次巨星的数量大约是这个数量的一半。在球状星团中存在强烈暗星可能是黑洞存在的标志。
2017-06-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Do we expect to detect electromagnetic radiation from merging stellar mass black binaries like GW150914? No
内容:LIGO联盟宣布首次直接探测到来自两个合并黑洞的引力波事件GW 150914;然而,黑洞的性质仍然不清楚。目的:研究合并恒星质量的黑色双星GW 150914是否能探测到电磁辐射。研究方法:我们简要地探讨了aLIGO观测到的GW 150914合并事件中两个恒星质量黑洞的可能生长和合并过程。我们的主要结果是:(1)用已有黑洞的定态度规描述黑洞的生长,预言了合并黑洞的强电磁辐射,这与GW 150914不一致;(2)在两个黑洞的并合中,如在GW 150914事件中,只能产生引力波辐射,如果黑洞的增长是使用时间相关的度量来描述的,考虑到落入的物质对预先存在的黑洞的影响,如由远处的外部观察者所计时的。结论:未来对合并黑洞产生的引力波的高灵敏度探测可能被用于探测视界附近的物质分布和时空几何。也许只有当黑洞在最后合并之前嵌入到极其稠密的介质中时,才能用传统的天文学观测来识别类似GW 150914的事件,此时会产生非常强的电磁辐射并可以从系统中逃逸。
2016-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Linking the rates of neutron star binaries and short gamma-ray bursts
短伽马射线暴被认为是由双星中子星(BNS)和中子星-黑洞(NSBH)合并产生的。我们使用目前对BNS和NSBH合并率的估计来计算通过每个通道产生的可观测短伽马射线暴的比例。这使我们能够将BNS的合并率限制在$\mathcal{R}_{\rm{BNS}}=384^{+431}_{-213}{\rm{Gpc}^{-3} \rm{yr}^{-1}}$($90\%$可信区间),这是第二个LIGO-室女座引力波瞬态目录GWTC-2的速率不确定性的$16\%$降低。假设一个大的洛仑兹因子的顶帽发射轮廓,我们约束的平均张开角的伽玛射线爆发喷流产生的BNS合并$\approx 15^\circ$。我们还测量了BNS和NSBH合并产生可观测到的短γ射线爆发的分数分别为$0.02^{+0.02}_{-0.01}$和$0.01 \pm 0.01$,并发现BNS合并的$\gtrsim 40\%$发射喷流(90%置信度)。我们预测未来的引力波探测的限制,给出不同的建模假设,包括BNS和NSBH喷气机是不同的可能性。通过$24$ BNS和$55$ NSBH观测,预计在LIGO-Virgo-KAGRA网络以设计灵敏度运行的六个月内,将有可能限制BNS和NSBH合并的比例,这些合并以$10\%$精度发射喷气机。在一年的观测中,我们可以确定NSBH合并中发射的喷流是否具有与BNS合并中发射的喷流不同的结构,并排除二…
2022-03-29 astro-ph.HE gr-qc
Chemically homogeneous evolution in massive binaries
自转会对大质量恒星的演化产生严重的后果。它现在被认为是决定单个恒星最终命运的主要参数之一,与质量和金属丰度一起。在大质量快速旋转的恒星中,由旋转引起的混合过程可能非常有效,以至于中心产生的氦在整个包层中混合。这样的恒星在化学上几乎是均匀演化的。在低金属丰度时,它们仍然是蓝色和致密的,而它们逐渐演化成沃尔夫-拉叶星,并可能成为长伽马射线暴的祖先。在双星中,这种类型的演化可能是由于(I)非常接近的双星中的潮汐,由于(II)质量转移的结果,由于(III)两颗恒星合并的结果,以及(IV)当双星中的一个组件以非常高的初始旋转速率诞生时。由于这些恒星保持紧凑,演化通道与经典双星演化模型预测的非常不同。在这方面的贡献,我们讨论的例子,近化学均匀的演变非常接近潮汐锁定二进制。即使在这样非常接近的大质量双星中,恒星也可能保持紧凑,避免质量转移,而在经典图像中,洛希瓣溢出和合并是不可避免的。这类演化可能提供另一种形成紧沃尔夫-拉叶双星和大质量黑洞双星的途径。
2010-10-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Be X-ray binaries in the SMC as indicators of mass transfer efficiency
Be X射线双星(BeXRB)是由快速旋转的Be星和从星周发射盘吸积的中子星伴星组成。我们比较观察到的人口的BeXRB在小麦哲伦云与模拟人口的BeXRB样系统产生的COMPAS人口合成代码。我们专注于显然更高的最小质量的Be星BeXRB比在人口大。假设BeXRB只经历了动态稳定的质量转移,它们的质量分布表明,中子星的前身至少有30%的质量是由B星伴星吸积的。我们预计这些结果将影响双紧凑对象合并人口的预测。模拟的BeXRB人口与小麦哲伦星云的恒星形成历史的卷积表明,BeXRB的过剩很可能是由这个星系的恒星形成爆发约20- 40百万年前。
2020-07-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Population synthesis of low-mass binaries with wind-accreting neutron stars
Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University(莫斯科国立大学列昂诺夫天文研究所);Department of Physics, Lomonosov Moscow State University(莫斯科国立大学物理系)
该研究通过星族合成模拟低质量双星中的风吸积中子星系统,发现多数系统在几吉年内产生暗淡X射线源,且仅在公共包层效率高时才能形成少量高速双星。
2026-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR
Three-dimensional core-collapse supernovae with complex magnetic structures: I. Explosion dynamics
磁场可以在与伽马射线暴和超新星等剧烈事件相关的突出爆炸的动力学中发挥重要作用,因为它们提供了一种自然机制,可以利用中央原中子星的旋转能量和通过恒星祖星的动力相对论喷流。由于这种场的结构是相当不确定的,大多数MHD驱动的核心坍缩超新星的数值模型都认为初始磁场是一个对齐的偶极子,而实际上场的形态可能要复杂得多。我们提出了三维模拟的核心坍缩超新星与更现实的磁结构,如四极场,并首次,赤道偶极场。除了对准的偶极子之外的其他偶极子产生较弱的爆炸和较少的准直流出,但同时可以更有效地从PNS提取旋转能量。然后,这些能量被储存在PNS的周围,而不是为极地喷气机提供动力。一个显着的轴向偶极组件也产生的模型开始与四极场,指向一个有效的发电机机制在附近的PNS表面操作。
2021-07-23 astro-ph.HE astro-ph.SR
Gravitational Waves from Supernova Mass Loss and Natal Kicks in Close Binaries
一些在哈勃时间内合并的致密双星可能是由两颗大质量恒星孤立形成的。对于这个孤立的双星形成通道,除了幸存的共同信封演变,双星需要生存两个超新星(SN)爆炸。对于SN爆炸,质量损失和出生反冲都改变了轨道特征,产生了束缚或非束缚的双星。结果表明,引力波(GW)不仅可能产生于核心坍缩的SN过程,也可能产生于前SN向后SN过渡过程中的SN质量损失和SN出生反冲。我们的动力学演化模型的时间的第二个SN爆炸的运动方程,占有限的时间尺度的SN质量损失和SN出生踢。从双星的动力学演化出发,计算了与SN碰撞有关的GW爆发信号。我们发现,这样的GW突发可能是未来的中频GW探测器,如DECIGO感兴趣。我们还发现,由于SN质量损失和出生踢从GW发射的辐射的能量可能是一个显着的分数,${\gtrsim}10\%$,后SN二进制的轨道能量。对于未绑定的后SN二进制文件,在GW辐射的能量往往高于绑定的二进制文件。
2019-09-16 astro-ph.HE gr-qc
Maximum speed of hypervelocity stars ejected from binaries
最近发现的超高速星(HVS)作为晚型B星和HVS候选G/K矮星提出了它们的起源的重要问题。在这封信中,我们调查的最大可能的速度,这样的HVS,如果他们是从二进制的不对称超新星爆炸破坏产生的。我们发现,HVS高达~770和~1280公里/秒是可能的银河系的休息框架,从这种情况下,这两个子类的HVS,分别。我们的结论是,虽然一个二进制的起源不能很容易地解释所有观测到的速度的B型HVS(与他们提出的中央大质量黑洞的起源),它确实可以占绝大多数(如果不是全部)最近检测到的G/K-矮星HVS候选人。
2015-01-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Jupiter Mass Binaries and Cosmic Ray Viscosity
针对猎户座四边形星团中木星质量宽双星比例异常偏高的问题,提出宇宙射线粘性传递角动量是优先形成行星质量宽双星的核心机制。
2024-02-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Electromagnetic precursor flares from the late inspiral of neutron star binaries
两颗中子星的合并伴随着引力波的发射,也可以具有由质量喷出物提供动力的电磁对应物,以及合并后形成的相对论性喷流。由于中子星可以具有强磁场,因此中子星磁层之间的非平凡相互作用可能会在合并之前引发潜在的强大电磁瞬变。为这些前兆瞬变提供动力的一个关键过程是在两颗恒星之间形成的强电流片中的相对论重联。在这项工作中,我们提供了一个详细的分析如何扭曲的共同磁层的二进制导致电磁耀斑的发射,类似于在太阳日冕中产生的。通过相对论性无力电动力学模拟,我们澄清了不同的磁场拓扑结构在这个过程中的作用。我们的结论是,耀斑总是会发生适当的磁场的路线,除非其中一个中子星有一个磁场明显弱于其他。
2022-05-19 astro-ph.HE gr-qc
Gamma-radiation sky maps from compact binaries
我们研究的天空地图和光变曲线的伽玛射线发射的中子星在紧凑的双星,并在隔离。我们简要回顾了一些伽玛射线辐射模型,并从一个标准的孤立脉冲星的分界线层模型再现天空地图。我们考虑孤立的双极磁场的几种变化,包括叠加,并预测其伽马射线发射。我们的研究结果提供了新的理论,什么可以和不可以推断的磁场配置的恒星从高能观测。我们发现,典型的双峰光变曲线,可以产生显着的多极结构超过一个单一的偶极子的双光子晶体。对于二元系统,我们也提出了一个简单的近似,是有用的快速探索的二元磁场结构。最后,我们预测的伽玛射线辐射模式从一个紧凑的黑洞中子星双星合并前的时刻,通过应用分界线层模型的数据模拟在全广义相对论,我们发现,面对的观察者收到很少的发射,赤道观察者看到一个宽峰,更一般的观察者通常看到两个峰。
2022-02-17 astro-ph.HE gr-qc
Reconnection-powered fast radio transients from coalescing neutron star binaries
本研究通过全局无力电动力学模拟证明,磁场远低于磁星水平的中子星双星并合可产生毫秒级快速射电暴样暂现源,其机制为磁重联增强导致电流片碎裂成等离子体团并碰撞发射相干辐射。
2023-04-17 astro-ph.HE gr-qc
3D simulations of wind-jet interaction in massive X-ray binaries
高质量微类星体可能会产生喷流,在双星系统空间尺度上与周围的恒星风发生强烈的相互作用。我们研究了一个温和的相对论性流体动力学喷流的超音速性质和OB星的风之间的碰撞动力学。我们用Ratpenat代码对穿越恒星风的喷流进行了数值3D模拟。喷射头在风中产生强烈的冲击,并且由于喷射与其环境的初始超压而发生强烈的再准直冲击。这些冲击可以将粒子加速到TeV能量并产生伽马射线。平流激波也加强了在风/喷流接触间断处产生的喷流非对称Kelvin-Helmholtz不稳定性。这可能导致喷射中断,即使喷射功率是$10^{36}$ erg/$^{-1}$的几倍。高质量的微类星体喷流可能会遭受强烈的准平激波,这可能是粒子加速到非常高能量的地方,但最终也会导致喷流的破坏。
2010-02-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Numerical Simulations of Dark Matter Admixed Neutron Star Binaries
对致密双星合并的多信使观测提供了一种新的方法来限制可能在中子星内部和周围积聚的暗物质的性质。在这篇文章中,我们扩展了我们的数值相对论代码BAM的基础设施,使模拟的中子星,包含一个额外的镜像暗物质组件。我们进行单星测试,以验证我们的代码和第一个二元中子星这种模拟。我们发现,暗物质的存在减少了合并残余物的寿命,有利于迅速坍缩成黑洞。此外,我们发现在合并时间相同的总质量和质量比,但不同数量的暗物质的系统的差异。最后,我们发现,混合有暗物质的中子星合并产生的电磁信号不太可能像它们的暗物质自由对应物那样明亮。鉴于多信使设施的灵敏度越来越高,我们的分析为如何探测暗物质的存在提供了一个新的视角。
2022-06-22 astro-ph.HE gr-qc