Radiation-mediated shocks in GRB prompt emission
针对伽马射线暴辐射机制的长期争议，本研究利用Kompaneets RMS近似建模辐射介导激波的亚光球耗散，发现模拟光谱的低能指数分布与观测相符，支持耗散光球层模型可解释伽马暴瞬时辐射特性。
2024-03-06 astro-ph.HE
Sub-Photospheric Emission from Relativistic Radiation Mediated Shocks in GRBs
有人建议，在爆发中观察到的即时发射，表现出热成分起源于相对论辐射介导的冲击，形成下面的光球的伽玛射线暴外流。有人认为，这种冲击预计将形成在发光的爆发通过碰撞的壳层，传播与温和的洛伦兹因子$Γ\lesssim 500$。更快的壳层将在光球层上方碰撞，形成无碰撞冲击。我们证明，在事件GRB 090902 B的爆炸能量的相当大的一部分是消散在光球层以下，在一个区域的中等光学深度$τ\lesssim300$，而在GRB 080916 C的能量消散的主要部分以上的光球层。我们表明，在许多伽玛暴预期的条件下，这种相对论辐射介导的冲击对流足够的辐射上游，使光子生产的冲击过渡可以忽略不计，不像在超新星的冲击爆发的情况下。由此产生的光谱，在冲击框架中测量，有一个相对较低的热峰，其次是一个广泛的，非热的组成部分延伸到KN限制。
2011-01-21 astro-ph.HE
Observational characteristics of radiation-mediated shocks in photospheric gamma-ray burst emission
本研究基于内部碰撞框架和RMS模型，分析了伽马射线暴光球辐射中辐射介导激波的光谱特征，发现典型合成光谱与观测值高度吻合，并揭示了“光学浅激波”产生复杂光谱的参数条件。
2023-10-24 astro-ph.HE
Radiation mediated shocks in gamma-ray bursts: Pair creation
光球下激波耗散是产生瞬发伽玛暴的主要机制之一。这种冲击是由辐射的散射引起的。我们引入了一个时间依赖的，特殊的相对论代码，动态耦合蒙特卡罗辐射传输的流动流体力学。该代码还自洽地实现了电子-正电子对的产生和湮灭。我们模拟的冲击与伽玛暴的相关属性和研究的稳定状态的解决方案，这是准确的深射流光球。冲击波通过一阶费米机制产生幂律光子谱，从典型的上游光子能量向上延伸。强激波（下游压力远大于上游压力）具有上升的$νF_ν$激波谱。对于非相对论性冲击，谱可扩展到$ε_{max} \equiv E_{max}/m_e c^2 \sim v^2$，其中$m_e$是电子静止质量，$v$是上游和下游之间的相对速度，单位为光速$c$。对于温和的相对论冲击，由于克莱因-西名效应，$ε\gtrsim 10^{-1}$的幂律软化，而$vγ\gtrsim 1$的冲击，其中$γ\equiv (1-v^2)^{-1/2}$，产生电子-正电子对。作为一个例子，具有$vγ= 3$和$n_γ/n_p = 2 \times 10^5$的光子-质子比的强冲击具有$Z_\pm \approx 225$的峰值对-质子比。在稳态激波中电子对的主要作用是使激波的空间宽度减小$\sim Z_\pm$倍。冲击后谱在下游热化。在没有发射和吸收过程的情况下，在激波后的光学深度$τ\gg θ_d^{-1}$处达到温度$θ_d \equiv kT_…
2017-08-08 astro-ph.HE
Axion-mediated Transport of Fast Radio Bursts Originating in Inner Magnetospheres of Magnetars
本文提出快速射电暴可通过轴子-光子耦合从磁星内磁层传输到外部，并证明该机制满足FRB 121102的能量约束且不违背现有轴子探测限制。
2023-02-22 astro-ph.HE hep-ph
Radiation-mediated shocks in gamma-ray bursts: spectral evolution
Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS, UMR 7095, Institut d’Astrophysique de Paris (IAP)（法国国家科学研究中心，联合研究单位7095，巴黎天文物理研究所）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics（奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理中心）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）
本文研究了伽马射线暴喷流中发生在光球以下的辐射介导冲击波（RMS）对即时辐射的影响，通过一维相对论水动力学模拟建模内部碰撞，并追踪前向和反向冲击波及共同下游区域的光子分布，以确定光球以上的光变曲线和时间分辨光谱。
2026-05-20 astro-ph.HE
Monte Carlo simulations of relativistic shock breakout from a stellar wind
RIKEN（理化学研究所）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Kyoto University（京都大学）；Okinawa Institute of Science and Technology (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）
本文通过蒙特卡洛模拟研究了恒星风中相对论性冲击爆发的特性，发现对数产生产生调节作用，且高洛伦兹因子下爆发持续时间与爆炸能量无关。
2026-02-24 astro-ph.HE
Magnetar activity mediated by plastic deformations of neutron star crust
我们提出了磁星活动的“太阳耀斑“模型，而在地壳上部的磁场的缓慢演变，由电子MHD（EMHD）流驱动，扭曲外部磁通量管，产生持续发射，爆发和耀斑。与此同时，中子星地壳塑性地释放了外加磁场应力，将应变$ ε_t $限制在远低于脆性断裂的临界应变$ ε_{crit}$ $ ε_t \sim 10^{-2}ε_{crit} $的值。类似磁星的行为发生在磁赤道附近，在所有的中子星中都有发生，只是程度不同。持续的光度与磁场的立方幂成正比（在给定的年龄），因此在大多数旋转动力的中子星中很难观测到。只有当磁场超过某个阈值时，才可能发生巨大的耀斑，而较小的爆发和耀斑可能发生在相对较小的磁场中。爆发和耀斑是磁层重联事件，发射阿尔芬冲击波，在撞击中子星表面时转换为高频哨声。由于电子密度的增加（以及由此产生的波的减慢），以及由于哨声脉冲随深度的增加的相干性，所产生的哨声脉冲引起随深度增加的应变。哨声脉冲在对应于$ρ\sim 10^{10} {\rm g cm}^{-3}$的浅深度以大约一天的时间尺度消散;这种能量被检测为增强的耀斑后表面发射。
2014-10-13 astro-ph.HE
Sub-photospheric, radiation mediated shocks in GRBs: Multiple shock emission and the Band spectrum
我们计算的时间积分，热辐射所产生的一系列辐射介导的冲击，出现从光球的伽玛射线暴外流。我们表明，对于一个足够广泛的冲击强度分布，时间积分谱能量分布低于峰值的整体形状是一个幂律，$νE_ν\propto ν^α$，与斜率$1<α<2$。对于冲击训练分布的某些选择，在该模型中也可以产生SED中的子结构。特别是，我们证明了我们的模型可以重现双峰SED观察到的一些突发事件，即一个强的冲击是由一个序列足够弱的。
2014-04-29 astro-ph.HE
The role of jet-cocoon mixing, magnetization and shock breakout in neutrino and cosmic-ray emission from short GRBs
本文对强、弱磁化的伽马射线暴喷流在双中子星（BNS）合并喷出物中的传播进行了GRMHD和RMHD模拟。使用模拟，我们首先发现，射流和茧之间的混合，这是存在于所有类型的射流，抑制形成subphotospheric碰撞冲击。然而，我们表明，一个温和的磁化可能会导致形成无碰撞的子冲击，使有效的质子加速。我们考虑剪切加速和扩散冲击加速在准直冲击，内部冲击，冲击爆发，和外部冲击，提供第一个自洽的估计中微子和宇宙射线（CR）的信号从伽玛暴在BNS合并。我们发现，短伽玛射线暴不产生可检测的中微子信号与目前的设施。冲击爆发产生$ \sim 10 $ PeV中微子在视角$\sim20^\circ $，独立的喷流磁化。然而，来自冲击爆发的中微子信号远低于当前探测器的探测极限。这样的信号将允许中微子- $γ-$射线的同步探测，为作为中微子产生场所的激波爆发提供可检验的预测。通过对GW 170817余辉辐射的数值模拟，我们发现BNS合并中的爆炸波在PeV-EeV能量范围内可以占银河系CR光度的5%-10%.根据这些估计，观测到的CR各向异性水平限制了最新银河系双星中子星合并到$\lesssim3$千秒差距的距离。
2021-06-11 astro-ph.HE
Weibel-Mediated Shocks Propagating into Inhomogeneous Electron-Positron Plasmas
发射伽马射线暴（GRB）余辉的外部前向激波是无碰撞的，并且它是由产生磁场的韦伯不稳定性介导的。伽玛暴余辉表明，大下游区的磁场比激波压缩的震前磁场强得多。然而，相对论冲击波传播到均匀介质中的粒子模拟（PIC）表明，韦伯产生的场在冲击波阵面附近衰减。一些伽玛暴观测和理论研究表明震前介质是不均匀的。本文对相对论激波在非均匀等离子体中的传播进行了PIC模拟。结果表明，冲击后磁场衰减比均匀情况慢。激波相互作用也产生了声波和熵波，下游区域的声波产生了温度各向异性。温度各向异性的自由能大到足以解释观测到的场强。我们的结果表明，上游密度波动有一个显着的影响，在下游区域的无碰撞冲击，即使上游不均匀性的波长是远远大于动力学尺度。
2019-07-21 astro-ph.HE
Non-relativistic radiation mediated shock breakouts: I. Exact bolometric planar breakout solutions
在常不透明度扩散近似下，数值求解了非定常平面辐射介导激波（RMS）从具有幂律密度剖面ρ \propto x^n的表面爆发的问题。对于由漏失不透明度、速度和密度确定的时间、长度和能量尺度的适当选择，解是通用的，即仅取决于密度幂律指数n。由此产生的亮度对n值的依赖很弱。基于自相似流体动力学解和稳态RMS解，构造了一个近似解析解，并表明只要激波远离表面，τ>> c/ v_{sh}，该近似解析解与数值解是一致的。近似的解析表达式，校准的精确解的基础上，提供，描述逃逸光度作为时间的函数。这些结果可用于计算超新星（SN）激波爆发时产生的辐射爆发的热辐射特性。为了完整性，我们还使用精确的突破解决方案，以提供快速（v_{sh} >~0.1）非热突破的最大表面温度的解析近似，并表明它是几倍小于推断的基础上，稳态RMS解决方案。
2011-03-25 astro-ph.HE
Magnetically driven coupling in relativistic radiation-mediated shocks
在宇宙爆炸的富光子环境中，辐射阻力可以通过诱导相对论流动等离子体成分之间的速度差来引发动力学不稳定性。这种微湍流很可能是辐射介导的冲击爆发信号的印记。然而，大规模的，横向磁场在激波过渡的减速区可以抑制占主导地位的动力学不稳定性，防止电子-正电子对和重离子物种之间的速度分离的发展。我们使用一个一维（1D）五流体辐射转移代码来产生自洽的配置文件的辐射阻力和等离子体成分的减速区。对于增加磁化，我们的模型预测迅速增长的对多重性和大量的辐射阻力发展自相似的整个减速区。我们提取的临界磁化参数$σ_{c}$，确定的极限磁场强度，在三种等离子体可以开发动力学不稳定性之前到达各向同性的下游。对于一个相对论，单离子等离子体漂移与$γ_{u} = 10$在上游的相对论辐射介导的冲击，我们发现的阈值$σ_{c}\approx 10^{-7}$的微湍流的发病。在多离子组成的情况下抑制等离子体不稳定性可能需要高得多的$σ_{c}$值。识别冲击波爆发信号中微湍流的高能特征，并将其与本工作中提供的磁化极限相结合，将使我们能够更深入地了解宇宙爆炸（如超新星、伽马射线暴和中子星双星合并）的磁环境。
2023-01-24 astro-ph.HE
Photospheric emission from GRB 211211A altered by a strong radiation-mediated shock
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova University Centre（阿尔巴诺瓦大学中心的奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理中心）；IAP Institut d’Astrophysique de Paris, Centre National d’Etudes Spatiales, Sorbonne Université（巴黎天体物理研究所，国家空间研究中心，索邦大学）
GRB 211211A的光球辐射受强辐射介导冲击影响，KRA能更准确拟合其光谱，表明双断点光谱可通过光球辐射解释。
2025-12-15 astro-ph.HE
Probing Particle Acceleration through Broadband Early Afterglow Emission of MAGIC Gamma-Ray Burst GRB 190114C
主要大气伽马成像切伦科夫望远镜（MAGIC）探测到GRB 190114 C的伽马射线余辉，它可以约束冲击加热等离子体发射非热发射的微观参数。针对这一事件的早期余辉，我们利用含时程序数值模拟了星周介质为恒定风时的光谱和多波长光变曲线。我们的结果表明，在最高能量的电子加速时间尺度可能小于20倍的回转周期再现GeV的伽玛射线通量和它的光谱指数由{ \it费米}报告。这给出了一个有趣的约束的加速效率为韦伯介导的冲击。我们还限制了非热电子的数量分数$f_{\rm e}$，和热电子的温度。早期的光发射可以用$f_{\rm e} \lesssim 0.01$的热同步辐射来解释。另一方面，X射线光变曲线限制了从质子到热电子的有效能量转移，并且如果热电子的能量分数大于$\sim10$ \%，则需要$f_{\rm e}\sim1$。这些参数约束为用相对论激波研究等离子体物理提供了重要线索。
2020-11-24 astro-ph.HE
Saturation Level of Ion Weibel Instability and Isotropization Length Scale in Electron-Ion Weibel-Mediated Shocks
本研究通过理论和粒子模拟，揭示电子物理决定离子韦伯不稳定性产生的磁场饱和水平，并建立各向同性化长度模型，发现电子加热对超相对论激波形成至关重要，而典型星际介质中的非相对论激波并非纯韦伯介导。
2024-05-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A first-principle simulation of blast wave emergence at the photosphere of a neutron star merger
我们提出了第一个从头计算模拟辐射介导的冲击出现在光球的相对论外流。模拟使用我们的代码radshock耦合到随时间变化的辐射转移，用蒙特卡罗方法计算的流体动力学。利用该程序对中子星合并GW~170817产生的辐射冲击波进行了计算。先前有人提出，合并喷出了一个黑暗的，相对论膨胀的，同源的信封，然后信封内的爆炸产生了观察到的伽马射线暴GRB~ 170817 A。我们的模拟演示了冲击波如何产生辐射，因为它通过信封传播，接近光球，释放辐射，并崩溃，分裂成两个微观厚度的无碰撞冲击。我们发现产生的伽马射线暴的光变曲线和光谱演化与观测到的GRB~ 170817 A相似。
2020-12-03 astro-ph.HE
Relativistic shock breakouts - a variety of gamma-ray flares: from low luminosity gamma-ray bursts to type Ia supernovae
各种各样的爆炸会导致轻度或超相对论冲击波爆发。这里我们计算这些爆发产生的光度和光谱。为了做到这一点，我们改进了相对论辐射介导的冲击的分析描述，并遵循系统从突破本身，通过平面相，进入球形相。我们限制我们的计算的情况下，突破后加速的气体在平面阶段结束。(i.e.,最终气体洛伦兹因子<~30）。我们发现，球形相对论爆发会产生γ射线闪光，其能量、温度和持续时间始终满足它们之间的特定关系，并提供爆发半径和洛伦兹因子。爆发性耀斑之后，在较长的时间尺度上，通常会出现携带相当能量的X射线。我们将我们的模型应用于各种爆炸，包括Ia和.Ia超新星（SNe），AIC，高能SNe和伽马射线暴（GRB）。我们发现，所有这些事件都产生了可检测到的伽马射线信号，其中一些可能已经被发现。一些具体的例子是：（i）相对论性激波爆发为所有低光度伽玛暴的能量、温度和时间尺度以及许多其他观测特征提供了一种自然的解释。(ii)附近的宽线Ib/c（如SN 2002 ap）可能会产生可探测到的伽马射线信号。(iii)如果它们的前身是单简并的，银河Ia超新星会产生可探测的伽马射线耀斑。我们认为相对论激波爆发是产生伽玛射线耀斑的一个普遍过程，这为研究和探测各种恒星爆炸打开了一个新的窗口。
2011-06-13 astro-ph.HE
TeV-PeV Neutrinos from Low-Power Gamma-Ray Burst Jets inside Stars
我们研究了伽马射线暴和超新星的前身核内部的准直喷流中高能中微子的产生，同时考虑了准直和内部冲击。我们得到简单，有用的约束，使用经常被忽视的一点，粒子的冲击加速是无效的辐射介导的冲击。经典伽马射线暴可能太强大，无法在恒星内部产生高能中微子，这与冰立方没有探测到的情况一致。我们发现，超长伽玛暴避免这样的限制和检测TeV信号将支持巨人的祖先。对低功率伽玛暴类（包括低光度伽玛暴）的预测与冰立方可能探测到的天体物理中微子背景一致，在PeV附近光谱变陡。这些模型可以用未来的伽玛射线暴监测器进行测试。
2013-09-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
High-energy neutrino and gamma-ray transients from trans-relativistic supernova shock breakouts
伴随着超新星（SNe）的相对论冲击产生X射线爆发，因为它们在祖先周围的致密星周介质中爆发。这种现象有时与特殊的低光度伽马射线暴（LL GRB）有关。在这里，我们调查的高能中微子和伽马射线对应的这样一类SNe。就在冲击波爆发半径之外，无碰撞冲击波中的粒子加速开始在爆发光子的存在下起作用。我们表明质子可以被加速到足够高的能量，并通过光介子相互作用产生高能中微子和γ射线。这些中微子和伽马射线可以在10 Mpc远的地方被IceCube/KM 3 Net探测到，作为几乎与X射线爆发同时发射的多TeV瞬变，甚至可以在100 Mpc远的地方被CTA使用像Swift这样的宽场天空监测器作为触发器进行后续观测。在SN光学/红外对应物的帮助下，使用叠加方法的统计技术也可能用于探测。这种多信使观测提供了探测相对论性激波从辐射介导到无碰撞激波转变的可能性，也将约束LL伽玛暴中粒子加速和发射的机制。
2013-04-11 astro-ph.HE
Poynting flux dominated jets challenged by their photospheric emission
在研究喷流，特别是伽马射线暴（GRB）中的喷流时，一个关键的问题是外流的磁化。在这里，我们考虑光球的坡印廷通量为主的外流，当动力学是由磁重联介导的。我们发现，热三粒子过程，负责热化的等离子体，变得低效的半径$r_{\rm sup} \sim 10^{9.5}$ ~cm，远低于光球层，在$\sim 10^{11.5}$ ~cm。$r_{\rm sup}$上方的总光子数守恒与光球下方的康普顿散射相结合，强制电子和光子之间的动力学平衡。这反过来又导致观察到的光子温度的增加，当在光球层解耦等离子体时，光子温度达到$\gtrsim 8$ ~MeV（观察到的能量）。这个结果对自由模型参数的依赖性很弱。我们表明，在这种情况下，预期的热光度是总光度的几个%，因此可以检测到。预测的峰值能量比观测到的大多数伽玛暴的峰值能量高出一个数量级以上，这对这些外流的磁化强度提出了强有力的限制。
2014-10-10 astro-ph.HE
Structured, relativistic jets driven by radiation
相对论喷流，或高度准直和快速移动的外流，是许多天体物理现象的特有现象。伽马射线暴和潮汐破裂事件产生的喷流伴随着物质在黑洞或中子星上的吸积，吸积速率超过致密物体的爱丁顿极限几个数量级。在这样的系统中，辐射主导的能量-动量预算的流出，和动力学演化的射流是由辐射流体动力学方程。在这里，我们表明，有解析解的辐射流体动力学方程在粘性（即，扩散）区域，其描述结构化的相对论性喷流，其由被较慢移动的相对论性较小的鞘包围的快速移动的高度相对论性的核心组成。在这些解决方案中，缓慢移动，外鞘包含大部分的质量，射流结构是由局部各向异性的辐射场。我们表明，取决于周围介质的压力和密度分布，射流洛伦兹因子的角廓线是高斯分布的，或者随着角度的增加而更加陡峭地下降。这些解决方案的喷气生产和进化的性质在超吸积系统的影响，并表明，这样的喷气机-和相应的喷气结构-可以维持完全由辐射过程。我们讨论的背景下，喷射潮汐中断事件和短期和长期的伽马射线暴这些研究结果的影响。
2020-09-28 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Radiation Reaction effects on Coherent Emission in Relativistic Magnetized Shocks
State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan Key Laboratory of Survey Science, Yunnan University（云南大学）
通过粒子模拟研究辐射反作用效应对相对论磁化激波中电子动力学和相干辐射的影响，发现其抑制电子能量、增强辐射强度并改变频谱特征，可能与快速射电暴观测现象相关。
2026-06-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Gamma-Ray Flashes from Dark Photons in Neutron Star Mergers
在这封信中，我们开始研究来自双星中子星合并的可见暗区信号。我们专注于暗光子合并后的10 ms - 1 s发射，并显示它们如何导致明亮的瞬态伽马射线信号。该信号将近似各向同性，并且对于大部分有趣的参数空间来说将接近热，表观温度约为$100$ keV。这些特征可以用来区分暗光子信号和预期的短伽马射线暴，短伽玛射线暴产生于中子星合并，这是在一个小角度和非热波束。我们计算出预期的信号强度，并表明，在$1-100$兆电子伏范围内的暗光子质量，它可以很容易地导致总光度大于$10^{46}$尔格的大部分无约束的参数空间。这个信号可以用来探测大部分的无约束的参数空间的动机冻结在暗物质的情况下，在该质量范围内的暗光子介导的相互作用。我们还评论了未来的改进时，拟议的望远镜和中波段引力探测器成为业务。
2022-10-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
GRB221009A gamma-ray events from non-standard neutrino self-interactions
本文提出利用LHAASO观测到的GRB221009A高能伽马射线事件，通过非标准中微子自相互作用机制限制其参数空间，并验证其与哈勃张力及其他限制的一致性。
2023-09-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
