Particle-in-cell simulations of pair discharges in a starved magnetosphere of a Kerr black hole
我们调查的动力学和排放的饥饿磁层区域（间隙）形成在附近的克尔黑洞视界，使用一个新的，完全广义相对论粒子在细胞的代码，实现蒙特卡罗方法计算伽马射线发射和对生产通过相互作用的对和伽马射线与软光子发射的吸积流。据发现，当汤姆逊长度与磁盘光子碰撞超过间隙宽度，筛选的间隙发生通过低振幅，快速等离子体振荡，产生自我维持的对级联，准静止对和伽马射线光谱，并与对多重性，对生产不透明度成比例增加。从能隙中发射出的伽马射线谱在TeV波段达到峰值，总光度约为相应的布兰德福德-茨纳杰克功率的$10^{-5}$的一部分。这个阶段之前是一个持续时间为$\sim r_g/c$的瞬时放电阶段，在此期间，最初存储在间隙中的势能作为曲率TeV光子的耀斑释放。我们推测在M87中观察到的TeV辐射可能是由火花隙中的对放电产生的。
2018-06-06 astro-ph.HE gr-qc
Search for high energy $γ$-rays from the direction of the candidate electromagnetic counterpart to the binary black hole merger gravitational-wave event S190521g
引力波事件S190521 g--一个可能的双黑洞合并在一个活动星系核的吸积盘--伴随着一个光学对应物。围绕发光能量释放区域的这种密集环境有利于高能量$γ$ -射线的产生。我们报告了使用费米-LAT空间$γ$射线望远镜的公开数据从S190521 g事件的候选电磁对应物方向搜索高能$γ$射线的情况。我们提出了在100 MeV - 300 GeV能量范围内的源的光谱能量分布的上限。我们讨论了在宇宙射线加速，$γ$ -射线和中微子生产等来源的背景下，研究S190521 g的瞬态的重要性。
2020-10-31 astro-ph.HE
R-process Element Cosmic Rays from Neutron Star Mergers
中子星并合是宇宙中r过程元素最可能的来源之一。因此，NSM也可能是宇宙射线中超重元素的主要来源。在本文中，我们首先估计的贡献，r-过程元素合成的NSM超重元素宇宙射线（UHCR）的计算输运方程，考虑到能量损失过程和散裂。我们表明，UHCR的通量加速NSM本身的波动了许多数量级的时间尺度上的几百万年，可以压倒UHCR加速超新星遗迹（SNRs）后，NSM发生在几千秒差距内从太阳系。使用陨石作为UHCR探测器进行长时间曝光的实验可以检测到这种波动。因此，我们表明，如果NSMs是UHCR的主要来源，未来的实验使用陨石有可能揭示NSMs在太阳附近的事件历史。我们还描述了一个可能的差异之间的NSM和SNR加速度的丰度模式和能谱的UHCR。
2017-08-18 astro-ph.HE
The gamma-rays that accompanied GW170817 and the observational signature of a magnetic jet breaking out of NS merger ejecta
本文首次对双中子星合并过程中的磁喷流进行了相对论MHD数值模拟。由合并残留物的磁化旋转产生的喷流在喷出物中传播，并产生一个充满能量的茧，以温和的相对论速度膨胀并从喷出物中破裂出来。我们发现，如果喷出物有一个低质量（$\sim10^{-7} M_\odot$）高速（$v\sim0.85$ c）的尾巴，茧冲击爆发将产生$γ$射线发射，这是与观察到的短GRB 170817 A，伴随着最近的引力波事件GW 170817。因此，我们建议，这是非常不同的，从所有其他短伽玛暴观察到的，是由不同的机制产生的。然而，我们预计这样的事件是很多的，许多将在未来的LIGO-Virgo运行中被检测到。
2017-10-16 astro-ph.HE
Super-Knee Cosmic Rays from Galactic Neutron Star Merger Remnants
从一个双中子星（BNS）合并的引力波和电磁对应物的检测证实，它是伴随着快速合并喷出物的发射。类似于超新星遗迹，喷出物与星际物质相互作用形成的前向冲击将产生高能宇宙射线。我们研究了银河系中子星合并残留物（NSMRs）对观测到的膝盖和脚踝之间能量范围内的宇宙射线有显著贡献的可能性。利用GW 170817模型得到的典型参数，我们发现NSMR可以将铁核加速到$\sim500$ PeV。我们计算的宇宙射线光谱和地球上观察到的组成，并表明，银河系NSMR方案可以占实验宇宙射线数据在20 - 1000 PeV的范围。我们的模型可以自然地解释总宇宙射线谱在20 PeV附近的硬化特征，这已经被望远镜阵列低能扩展和IceTop空气簇射阵列观察到。
2018-08-20 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Binary Neutron Star Merger Remnants as Sources of Cosmic Rays Below the "Ankle"
我们研究了由事件GW 170817产生的双中子星合并残留物中的非热电子和核能量损失。在从源检测到的同步辐射内缺乏冷却特征被用来将磁场约束在mG水平，假设该辐射是电子同步辐射的起源，并且电子中的加速光谱遵循$dN/dE_e \propto E_e^{-2}$的形式。从源的后续伽马射线发射的水平被证明提供源磁场强度的进一步约束。我们还提出了能够支持这种发射的替代强（$\sim$ G）磁场方案。对于这样的强场，考虑了源内非热核的光致衰变，并发现当该过程达到峰值时，存在一个$\sim$ 5-30天的瓶颈期。我们发现，这类源在原则上能够支持人口的宇宙射线检测地球以下的“脚踝”。
2018-11-05 astro-ph.HE
Gravitational Waves and Gamma-rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A
2017年8月17日，引力波事件GW 170817被高级LIGO和Virgo探测器观测到，伽马射线暴（GRB）GRB 170817 A被费米伽马射线暴监视器和国际伽玛射线天体物理实验室光谱仪的反符合屏蔽独立观测到。GRB 170817 A和GW 170817在时间和空间上几乎同时观测的偶然发生概率为$5.0\times 10^{-8}$。因此，我们确认双中子星合并作为一个祖先的短伽玛暴。GW 170817和GRB 170817 A的关联为基础物理和短伽马射线暴的起源提供了新的见解。我们使用观测到的GRB 170817 A和GW 170817之间的$(+1.74 \pm 0.05)\,$ s时间延迟来：（i）将重力速度和光速之间的差限制在$-3\times 10^{-15}$和$+7\times 10^{-16}$乘以光速之间，（ii）对违反洛伦兹不变性设置新的界限，（iii）通过限制引力辐射和电磁辐射之间的Shapiro延迟，提出了等效原理的一个新的检验。我们还使用时间延迟来约束发射伽马射线的区域的大小和体积洛伦兹因子。GRB 170817 A是已知距离最近的短GRB，但其能量比其他测量到红移的爆发低2到6个数量级。新一代伽马射线探测器和现有探测器的亚阈值搜索对于探测更远距离的类似短爆发至关重要。最后，我们预测费米伽马射线暴监测器和先进的LIGO和处女座探测器的联合探测率为0.1-…
2017-11-02 astro-ph.HE gr-qc
High-Energy Radiation from Remnants of Neutron Star Binary Mergers
我们研究了中子星双星合并产生的高能辐射，除了短的伽马射线暴外，还将其作为引力波的电磁对应物。合并需要大量的物质喷射，与周围的介质相互作用，在几年内产生类似但比超新星遗迹更明亮的遗迹。我们表明，在残余物中加速的电子可以产生同步辐射的X射线探测在$\sim 100$ Mpc的当前一代望远镜和逆康普顿辐射的伽马射线探测的\emph{Fermi}大面积望远镜和切伦科夫望远镜阵列在有利的条件下。这些残留物可能已经在全天空X射线图像监视器和\emph{Fermi}大面积望远镜等高能量调查中作为不明来源出现。我们还认为，合并残留物可能是超高能宇宙射线的起源超过膝盖的能量，$\sim 10^{15}$ eV，在宇宙射线谱。
2013-07-25 astro-ph.HE
MeV Gamma Rays from Fission: A Distinct Signature of Actinide Production in Neutron Star Mergers
中子星并合是最早被证实的快速中子俘获核合成的场所，并能从富中子喷出物中合成的放射性同位素中释放出γ射线。这些MeV的伽马射线可以提供对NSM环境的独特和直接的探测，以及对r过程性质的洞察，就像从56 Ni放射性衰变链中观察到的伽马射线提供了一个进入超新星核合成的窗口一样。在这项工作中，我们包括从裂变过程中的光子第一次在估计的MeV的伽马射线信号预计从NSM事件。我们认为NSM喷出物的组成与中子丰度的范围内，并找到一个显着的差异，在预测的信号取决于是否裂变核产生。这种差异在光子能量高于~3.5 MeV和相对较晚的时间（合并事件后几天）时最为显著，此时喷出物在光学上很薄。我们估计，如果裂变核在合并后的10^4天内产生，银河系的NSM可以被下一代伽马射线探测器（如AMEGO）在MeV范围内探测到。
2020-10-24 astro-ph.HE nucl-th
Binary neutron star mergers as the source of the highest energy cosmic rays
本文提出超高能宇宙射线源于双中子星并合，其引力驱动发电机产生的喷流因BNS质量范围狭窄而几乎相同，从而解释了UHECRs的狭窄刚度范围，并指出超100 EeV的UHECRs为$r$-过程核，且预测10 PeV以上中微子与引力波存在重合。
2025-02-13 astro-ph.HE hep-ph
Binary Neutron Star Mergers as Potential Sources for Ultra-High-Energy Cosmic Rays and High-Energy Neutrinos
本研究探讨双中子星并合产生的短伽马射线暴在瞬时辐射阶段加速r-过程核素至超高能宇宙射线，并预测延展辐射阶段产生高能中微子，供未来观测验证。
2025-06-21 astro-ph.HE
Relativistic envelopes and gamma-rays from neutron star mergers
我们认为，中子星合并喷出质量为$m\sim 10^{-7}M_\odot$的超相对论包层，这有助于解释GW 170817的伽马射线爆发。其中一个喷射机制是在合并的第一个$30\,μ$ s中，中微子的爆发会烧蚀中子星的表面。另一个更有效的膨胀超相对论包层的机制是合并产生的大量喷出物中的内部冲击。如果合并后的产品是一颗磁星，它会发出离心加速的风，预计会产生强烈的冲击。冲击波通过喷出物向外传播，并在其外层以半径$r\sim 10^9-10^{10}$ cm加速，发射出一个超相对论性的不透明包层，每个核子充满$\sim 10^4$光子。包层的洛仑兹因子轮廓向外上升，并决定了它的同系膨胀，从而冷却了被捕获的光子。一旦磁星失去了它的差速旋转并坍缩成一个黑洞，一个强大的喷流就形成了。它驱动冲击波进入包层，追逐它的外层，最终在$r\sim 10^{12}$ cm处赶上包层光球。延迟爆炸波的超相对论光球爆发在合并轴周围的宽立体角内发出伽马射线爆发。这个模型用光度$L_γ\sim 10^{47}$ erg/s、持续时间$Δt_{\rm obs}\sim 0.5$ s和特征光子能量$\sim 100$ keV解释了合并GW 170817产生的伽马射线脉冲。在包层光球处的冲击波洛伦兹因子与我们从观测到的爆发光变曲线得到的$Γ\geq 5$一致。我们建议未来的模型测试。
2021-07-24 astro-ph.HE
Radioactive decay products in neutron star merger ejecta: heating efficiency and $γ$-ray emission
新合成的$r$ -过程核的放射性衰变在紧凑的二元合并动力光学/红外macronovae（kilonovae），遵循这些事件喷射。的光变曲线取决于关键的放射性衰变的不同产品之间的能量分配，这起着重要的作用，从一个给定的观测信号的弹出$r$过程元素的量的估计。我们研究了放射性衰变的能量分配和$γ$射线发射。我们表明，$20$ - $50\%$的总放射性能量是释放在$γ$ -射线的时间尺度从几个小时到一个月。每单位能量间隔发射的$γ$ -射线的数量在几十keV和$1$ MeV之间具有大致平坦的光谱，使得该能量的大部分由$\sim 1$ MeV $γ$ -射线携带。然而，在macronova发射的峰值处，$γ$ -射线的光学深度为$\sim 0.02$，并且大多数$γ$ -射线逃逸.这些$γ$ -射线的损失减少了进入喷出物的热沉积，因此减少了预期的macronova信号，如果这些是镧系元素占主导地位的话。这意味着喷出的质量比先前估计的大$2$-$3$倍。自发裂变加热了喷出物，如果合成了足够量的超铀核，加热速率可以增加。对这些逃逸的$γ$ -射线的直接测量可能为macronova机制和$r$ -过程核合成位点的鉴定提供最终的证据。然而，用目前的X射线和$γ$射线任务探测这些信号的机会很小。新的探测器，更敏感的至少一个因素，需要一个现实的检测率。
2015-11-17 astro-ph.HE
Model-dependent estimate on the connection between fast radio bursts and ultra-high energy cosmic rays
快速射电暴（FRB）是一种新型的河外瞬变现象，近年来人们已经证实了它的存在，并提出了多种模型。在这项工作中，我们讨论了FRB源和超高能（$>10^{18}$ eV）宇宙射线之间的可能联系。结果表明，在blitzar模型和合并双星中子星中，由于FRB中心引擎的巨大能量释放和FRB的高速率，加速EeV宇宙射线对观测到的FRB中心引擎有重要贡献.在其他的FRB模型中，包括例如双白矮星的合并和高能磁星射电耀斑，预计没有明显的EeV宇宙射线。我们还认为，合并的双中子星，即使他们是无关的FRB，可能发挥不可替代的作用，在产生EeV宇宙线质子，如果超大质量中子星形成的合并的一个很好的分数和合并率为$\gtrsim 10^{3}~{\rm yr^{-1}~ Gpc^{-3}}$。这种可能性将在引力波天文学时代得到明确的检验。
2014-11-23 astro-ph.HE
Electromagnetic Emission post Spinning Black Hole-Magnetized Neutron Star Mergers
对于由旋转的黑洞（BH）（质量为$\gtrsim 7M_\odot$）和强磁化中子星（NS）（表面磁场强度为$B_{\rm S,NS}\gtrsim10^{12}$ \，G和质量为$\sim 1.4M_\odot$）组成的双星，NS作为一个整体可能最终会陷入BH。在螺旋阶段，自旋BH可以充电到Wald电荷量$Q_{\rm W}$，直到合并在电真空近似。在合并过程中，如果旋转的带电BH由于足够强的电场而产生自己的磁层，使成对级联产生火花，则带电BH将从电真空过渡到无力情况，并且可以在一段时间内放电$\gtrsim1~{\rm ms}$。由于无力磁层充满了高导电等离子体，在冻结条件下，NS帽上的磁通量将保留在BH事件视界之外。基于这种情况，我们在这里研究了三种可能的能量耗散机制，这些机制可以在BH-NS合并引起的引力波事件后BH放电的时间间隔内产生电磁（EM）对应物：（1）在黑洞的两极会发生磁重联，导致毫秒级的明亮电磁信号，（2）由于整个BH磁场的分离和重连而导致的闭合磁力线区中的磁冲击可能会产生明亮的无线电发射，例如，一个快速的射电爆发，和（3）布兰德福德-Znajek机制将提取BH的旋转能量，产生一个毫秒持续时间的发光高能爆发。我们还计算了由于这些机制的亮度作为BH的自旋的函数为不同的值的$B_{\rm S,NS}$。
2019-09-02 astro-ph.HE
High-Energy Neutrino Emission from White Dwarf Mergers
两颗白矮星的合并预计会产生一个被碎片盘包围的中心快速旋转的核心，其中磁旋转不稳定性会产生热磁化日冕和磁化外流。通过重联的磁能耗散可能导致膨胀物质中的宇宙射线加速，这将导致高能中微子。我们讨论了利用这些中微子信号探测外流动力学、磁能量耗散率和宇宙线加速效率的可能性。重要的是，伴随而来的高能伽马射线由于大的光学深度而被吸收在这些源中，因此这些中微子源可以被视为隐藏的宇宙射线加速器，这与费米-LAT无法检测到伽马射线是一致的。虽然宇宙射线的产生率是高度不确定的，但如果它达到$\sim10^{45}\,\rm erg\,Mpc^{-3}\,yr^{-1}$，扩散的中微子通量可能会对冰立方的观测做出很大的贡献。我们还评估了观察单个合并事件的前景，这为将来测试此类来源提供了一种手段。
2016-09-15 astro-ph.HE
High-energy emissions from neutron star mergers
2017年，LIGO-Virgo合作报告了第一个中子星合并事件GW 170817的探测，该事件伴随着从无线电到伽马射线的电磁对应物。虽然这次事件没有探测到高能中微子，但预计中子星的合并会产生这种高能粒子。当中子星合并时，相对论性喷流被发射出来。如果喷流中含有质子，它们可以通过光生子的产生发射出高能中微子。此外，中子星合并会产生大量快速的喷出物，这可能是膝盖以上的银河系高能宇宙射线的来源。我们简要回顾了我们从多信使事件GW 170817中学到的知识，并讨论了与中子星合并有关的多信使探测和强子宇宙线产生的前景。
2019-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Rapid and reliable sky localization of gravitational wave sources
LIGO首次探测到两个致密天体合并产生的引力波，引发了人们对探测这些剧烈事件的电磁对应物的新兴趣。对于涉及中子星的合并，人们认为伽马射线和x射线的高能发射将在几天到几周后被可见光、红外线和无线电的余辉所跟随。利用来自引力波探测器网络的数据进行快速天空定位对于最大限度地提高联合探测的机会至关重要。在这里，我描述了一种新的技术，能够产生准确的，完全贝叶斯天图在几秒钟或更少。该技术可以应用于自旋旋进紧凑的binaries，并可以考虑到探测器校准和光谱估计的不确定性。
2016-06-03 astro-ph.HE gr-qc
A mildly relativistic wide-angle outflow in the neutron star merger GW170817
GW170817是第一次对双星中子星合并的引力波探测。它伴随着横跨电磁波谱的辐射，并位于距离40 Mpc的星系NGC 4993。有人提出，观测到的伽马射线、X射线和射电辐射是由于在合并过程中发射的超相对论性喷流，偏离了我们的视线。这种喷流的存在是从假设中子星合并为驱动短硬伽马射线暴（SGRB）的中心引擎的模型中预测的。在这里，我们表明，GW 170817的射电光变曲线没有直接的离轴喷流余辉的签名。虽然我们不能排除存在指向别处的喷流，但观测到的伽马射线不可能来自这样的喷流。相反，无线电数据需要一个温和的相对论广角外流向我们移动。这种外流可能是在合并过程中动态喷出的富含中子的物质的高速尾部，或者是当喷流将其能量转移到动态喷出物时爆发的物质茧。茧状情景可以解释GW 170817的射电光变曲线以及伽马射线和X射线（可能还有紫外线和光学发射），因此是与观测数据最一致的模型。茧可能是中子星合并时产生的一种普遍现象，在局部宇宙中产生了迄今尚未确定的射电、紫外线、X射线和伽马射线瞬变。
2017-12-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gamma-rays from kilonova: a potential probe of r-process nucleosynthesis
至少含有一个中子星成分的致密双星的合并是产生和抛射$r$过程元素的潜在先导场所。星系双星、短伽马射线暴和引力波探测的发现都限制了这些事件的发生率，而引力波加上双中子星合并（GW 170817）的宽带电磁覆盖也限制了合并喷出物的性质（质量和成分）。但是光学和红外辐射模型的不确定性和模糊性使得很难确定地测量这些合并中重同位素的分布。相比之下，在这些富含中子的喷出物的衰变中发射的伽马射线可以提供更直接的产额测量。我们计算的伽马产生残留的中子星合并，考虑两个时代：一个kilonova时代，持续约两个星期，和一个更晚的时代的数万年和数十万年后的合并。对于kilonova时代，当膨胀的喷出物仍然只有部分透明的伽马辐射，我们使用三维辐射传输模拟产生的光谱。我们发现，与β-和α-衰变的伽马射线光谱提供了一个指纹的喷出物的属性，并为足够近的残余物，可能是可检测的，即使是旧的残余物。我们将我们的伽马光谱与下一代探测器的潜在探测极限进行了比较，这些探测器包括月球掩星探测器（LOX），全天空中能伽马射线天文台（AMEGO）和康普顿光谱仪和成像仪（COSI）。我们表明，裂变模型可以通过存在的残余光谱中的短寿命裂变碎片进行区分。
2020-04-09 astro-ph.HE
A lesson from GW170817: most neutron star mergers result in tightly collimated successful GRB jets
联合探测到的引力波（GW）和$γ$ -射线从一个双中子星（NS）合并提供了一个独特的视图离轴伽玛暴和NS合并率的独立测量。通过对GRB 170817的观测结果与常规短暴（sGRB）的观测结果的比较，我们发现，NS合并的一个统一阶分数导致sGRB喷流从周围的喷出物中爆发出来。我们认为，sGRB的亮度函数，峰值在$\approx 2\times 10^{52}\, \mbox{erg s}^{-1}$，可能是一个内在的属性的sGRB中央引擎和sGRB喷流通常是狭窄的开口角$θ_0 \approx 0.1$。我们进行Monte Carlo模拟研究模型的结构和效率的即时发射离轴sGRB。我们发现，只有一小部分（$\sim 0.01-0.1$）的NS合并检测LIGO/VIRGO在GW预计也检测到提示$γ$ -射线和GW 170817类似的事件是非常罕见的。对于NS合并率为$\sim 1500$ Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$，如从GW 170817推断的，我们期望在未来十年内，对于结构喷流模型，直到$\sim 12$与离轴GRB的联合探测，而对于准球形茧模型，只有$\sim 1$，其中$γ$射线是冲击爆发的结果。给定几个联合检测和它们的发现率，可以区分不同的结构模型。此外，如果GW源的定位足够快，则可以在UV中直接观察到具有热能储存器的茧的存在。
2018-12-10 astro-ph.HE
High-Energy Neutrinos from Millisecond Magnetars formed from the Merger of Binary Neutron Stars
中子星（NS）双星的合并可能会导致形成一个长寿命的，或无限期稳定的毫秒级磁星遗迹，周围环绕着一个低质量的喷出物壳。磁星巨大的旋转能量的一部分沉积在喷射物后面的脉冲星风星云中，在合并后的几个小时到几天内为发光的光学/X射线发射提供动力。脉冲星风中的离子也可能被加速到超高能量，提供了一个同时发生的高能宇宙射线和中微子源。在早期，宇宙射线经历了强烈的同步辐射损失;然而，大约一天后，通过光介子与星云中的热光子相互作用产生的π介子开始占主导地位，导致高能中微子的有效产生。大约一周后，背景光子的密度下降到足以使宇宙射线逸出光源而不产生二次产物。这些相互竞争的效应导致中微子光变曲线在几天的时间尺度上达到峰值，接近$\sim10^{18}$ eV的能量。这个信号可以通过当前（下一代）中微子望远镜检测到$\sim$ 10（100）Mpc的单个合并，为长期存在的NS残留物提供了明确的证据，否则仅从引力波识别其存在可能具有挑战性。在一个乐观的假设下，即相当大一部分的NS合并产生长寿命的磁星，累积的宇宙学中微子背景估计为$\sim 10^{-9}-10^{-8}\,\rm GeV\,cm^{-2}\,s^{-1}\,sr^{-1}$的NS合并率为$10^{-7}\,\rm Mpc^{-3}\,yr^{-1}$，与冰立方目前的灵敏度重叠，并在下一代中微子望远镜的范围内。
2017-09-06 astro-ph.HE
Delayed jet breakouts from binary neutron star mergers
短伽马射线暴（sGRB）被认为是由双星NS合并产生的。虽然sGRB需要一个相对论性喷流来从喷出物中爆发出来，但射流可能会被阻塞，无法产生成功的sGRB。我们提出了一个“延迟突破”的情况下，一个较晚的时间喷气发动机的长期活动可以穿透喷出物，即使即时喷气被窒息。从观测上看，这种晚期喷流是由sGRB中持久的高能发射支持的。解决喷射物中的射流传播，我们表明，一个典型的后期活动很容易实现延迟突破。该事件显示的不是即时$γ$ -射线，而是$\sim10^{2-3}\,\rm{s}$或甚至$\sim10^{4-5}\,\rm{s}$的长时间X射线发射。一些延迟事件可能已经被探测为没有超新星特征的软长伽玛暴。在乐观的情况下，第二代引力波探测器每年都会探测到一些与引力波（GW）重合的事件。没有$γ$ -射线的合并事件的X射线跟踪将是二元合并中持久的引擎活动的探测器。
2018-09-30 astro-ph.HE
Gamma Rays and Gravitational Waves
第一次对中子星合并的多信使观测是由费米-GBM和INTEGRAL SPI-ACS在伽马射线中独立探测到的，而引力波是由高级LIGO和高级室女座探测到的。引力波是从具有加速四极矩的系统中发射出来的，可探测的源预计是紧凑的物体。几乎所有遥远的伽马射线源都是致密天体。因此，对这两个信使的偶然观测将继续揭示引力波和伽马射线的来源，并使多信使科学跨越Astro2020主题领域。这需要升级地面引力波网络和~keV-MeV伽马射线覆盖范围，以观测中子星合并，并在引力波和伽马射线中进行宽带覆盖，以监测其他预期的联合源。
2019-03-11 astro-ph.HE
Isotropic Detectable X-ray Counterparts to Gravitational Waves from Neutron Star Binary Mergers
中子星双星合并是强引力波源。有希望的电磁对应物是短伽马射线暴（GRB），但发射是高度准直的。我们认为，短伽玛暴中的长平台辐射在X射线中被合并喷出物散射，产生了通量为100 Mpc的$10^{-13}-10^{-10}$ erg cm $^{-2}$ s $^{-1}$的近各向同性辐射。这可以通过Swift XRT和宽场X射线探测器（如ISS-Lobster，Einstein Probe，eROSITA和WF-MAXI）探测到，红外和光学后续工作需要这些探测器来定位和测量到宿主星系的距离。散射的X射线具有线性偏振，其与喷流方向、X射线亮度和GW偏振相关。平台发射活动也是短GRB 130603 B中检测到的macronova（或kilonova）的天然能量来源，而没有$r$过程放射性。
2015-07-18 astro-ph.HE gr-qc
Neutron Star Mergers and How to Study Them
中子星合并是典型的多信使事件：半个世纪以来，人们一直通过光子观测到它们，自2017年以来，引力波，它们很可能是中微子和宇宙射线的来源。对这些事件的研究使我们能够对天体物理学、超相对论体系中的粒子、宇宙时间中的重元素富集历史、宇宙学、致密物质和基础物理学有独特的见解。揭示这一科学需要大量的观测资源，无与伦比的协调以及理论和模拟的进步，这受到我们目前对核，原子和天体粒子物理学的理解的限制。本文首先总结了我们目前对这些事件的了解，预期的观测特征以及未来十年的估计检出率。然后，我提出了必要的关键观察，以促进我们对这些来源的理解，其次是广泛的科学，这使。最后，我将讨论未来充分利用这些神秘资源来了解我们的宇宙所必需的能力。
2021-03-03 astro-ph.HE gr-qc
Prospects for joint observations of gravitational waves and gamma rays from merging neutron star binaries
事件GW 150914和GW 151226的发现，都与双黑洞系统（BBH）的合并一致，开启了引力波（GW）天文学的时代。除了BBH外，最有希望的GW源是由两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞形成的双星系统的合并。这些合并被认为与短伽马射线暴（GRB）有关，因此GW和电磁（EM）信号的联合观测可以明确地探测这种关联。我们提出了一个详细的研究联合GW和高能量EM观测的中子星与先进的室女座和LIGO和\emph{Fermi}伽马射线望远镜的合并的二元系统的期望。在这个范围内，我们设计了一个专用的蒙特卡洛模拟管道的多信使发射和检测GW和伽马射线仪器，考虑到GW探测器灵敏度的演变。我们表明，在Advanced Virgo和Advanced LIGO 2016-2017运行期间，联合检测的预期速率较低;然而，随着干涉仪接近其最终设计灵敏度，该速率将增加$\sim$十倍。未来的联合观测将有助于限制短伽玛暴与双星系统之间的关联，并解决GWs的祖先之谜。联合检测率与本文预测的比较将有助于限制伽玛暴喷流的几何形状。
2016-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Cumulative Neutrino and Gamma-Ray Backgrounds from Halo and Galaxy Mergers
暗物质晕和嵌入其中的气体结构（如原星系、星系、星系团和星系团）的合并，导致了能够将宇宙射线（CR）加速到$\sim10~\rm PeV$的强烈冲击。这些冲击将通过与周围气体环境的非弹性$pp$碰撞产生高能中微子和$γ$ -射线。在这项工作中，我们研究了这些晕合并的贡献，在冰立方测量的扩散中微子流量和非耀变体部分的河外$γ$射线背景测量的$Fermi$。为了计算它们，我们制定的红移依赖的冲击速度，银河半径，晕气体含量和星系/星系际磁场的暗物质晕分布高达红移$z=10$。我们发现，高红移合并贡献了大量的宇宙射线的能量光度密度，由此产生的中微子光谱可以解释很大一部分的观察到的扩散中微子流量超过0.1 PeV的几个PeV。我们还表明，我们的模型可以在一定程度上缓解与河外$γ$射线背景的紧张局势。首先，由于大部分CR能量光度密度来自高红移，伴随的$γ$ -射线通过与宇宙微波背景（CMB）和河外背景光（EBL）的$γγ$湮灭而被更强烈地抑制。其次，轻度辐射冷却激波可能导致更硬的CR谱，谱指数为$1.5\lesssim s\lesssim2.0$。我们的研究表明，晕合并，其中一部分也可能导致合并星系中的星爆，可以是有前途的中微子发射器，而不违反现有的$Fermi$ $γ$射线约束的非耀变体的河外$γ$射线背景的组成部分。
2018-03-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultra-heavy cosmic-ray science--Are r-process nuclei in the cosmic rays produced in supernovae or binary neutron star mergers?
最近在宇宙射线中检测到的60 Fe提供了确凿的证据，证明GCR中存在最近合成的组分（少量MY）（Binns等人，2016）。此外，这些原子核一定是在太阳系附近的超新星中合成和加速的，可能是在距离太阳约100 pc的Sco-Cen OB星协子群中。最近关于r过程核产生的理论工作似乎表明，SNe很难产生太阳系中相对于铁的高原子序数（Z）的r过程元素丰度，包括锕系元素（Th，U，Np，Pu和Cm）。相反，许多人相信最重的r过程核，甚至所有的r过程核，都是在双中子星合并中产生的。由于我们现在知道GCR中至少有一种成分是最近合成和加速的，因此可以通过测量这些超重r过程核的相对丰度来测试SNe和BNSM产生r过程的模型，特别是锕系元素，因为它们具有放射性，并提供时钟，给出从核合成到在地球上检测到的时间间隔。由于BNSM被认为在我们的银河系中比SNe少得多（大约少1000倍），锕系元素的比例，每个都有自己的半衰期，将能够清楚地确定最重的r过程核是在SNe还是在BNSM中合成的。此外，电荷范围从34到82的r过程核可以用来约束BNSM和SNe中的r过程产生模型。因此，GCRs成为BNSM和SNe研究中的多信使组分。
2019-03-28 astro-ph.HE
Galaxy Mergers Collectively Illuminate the $γ$-Ray Sky
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；University of Nova Gorica（新戈里察大学）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
针对宇宙射线起源和加速机制的开放问题，首次利用Fermi-LAT 16.7年数据系统研究星系合并的伽马射线发射，发现8个显著发射源及叠加分析的高显著度信号，确立其为新源类，为揭示粒子加速机制提供依据。
2025-11-17 astro-ph.HE
An Archival Search for Neutron-Star Mergers in Gravitational Waves and Very-High-Energy Gamma Rays
最近发现的电磁信号与中子星合并一致，巩固了多信使运动在研究最具活力的天体物理事件中的重要性。开创性的多信使观测站，如LIGO/Virgo和IceCube，记录了许多低于检测显著性阈值的候选信号。这些阈下事件候选者是多信使研究的有希望的目标，因为它们提供的信息与同期的伽马射线观测相结合时，可能会导致显着的检测。在这里，我们描述了一种新的方法，使用这样的候选人搜索瞬态事件使用档案甚高能量伽马射线数据从成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）。我们演示了这种方法的应用程序，以子阈值的二元中子星（BNS）合并的候选人在先进的LIGO的第一次观测运行确定。我们确定了8个小时的档案VERITAS观测符合七个BNS合并的候选人，并搜索他们的TeV排放。没有检测到伽马射线发射，我们计算的积分通量的上限，并比较它们的短伽马射线暴模型。我们预计这种搜索方法将作为IACT搜索的起点，未来的LIGO/Virgo数据发布以及其他亚阈值研究的多信使瞬态，如IceCube中微子。此外，它可以立即与其他当代IACT一起部署，并具有实时使用的潜力，对实验操作的负担最小。最后，这种方法可以作为切伦科夫望远镜阵列研究的试点，切伦科夫望远镜阵列有可能在其发散指向模式下观察更大的视场。
2021-06-02 astro-ph.HE
Constraints on the emitting region of the gamma-rays observed in GW170817
来自中子星合并事件GW 170817的引力波伴随着异常微弱的短GRB 170817 A，光学/IR macronova/kilonova和持久的射电X射线对应物。虽然很久以前就预测了短伽玛暴与合并的关联，但这种瞬发γ射线发射的亮度比所有已知的sGRB弱几个数量级，并且比典型的sGRB更柔和。这就提出了一个问题，我们所看到的γ射线是否是离轴观察的规则sGRB。在最近对γ射线信号和VLBI观测的精细分析揭示了相对论外流的角结构之后，我们重新审视了这个问题：$\sim\,20^\circ$的观测角，一个具有核心$\lesssim5^\circ$和$E_{\rm iso}>10^{52}\,{\rm ergs}$的窄喷流。我们在这里显示：（i）发射观测到的$γ$ -射线的区域必须以洛伦兹因子$Γ\gtrsim5$运动;（ii）观测到的γ射线不是“离轴”发射（视角$>1/Γ$）从喷流的核心出现，在那里最有可能产生规则的sGRB;（iii）$γ$ -射线发射区域是“轴上”的，（在一个角度$<1/Γ$），或者如果它是“离轴”，那么观察角度一定很小（$<5^\circ$）和轴上的发射从这个地区太微弱，太硬，类似于一个规则的sGRB。
2018-07-12 astro-ph.HE
Optical and X-ray emission from stable millisecond magnetars formed from the merger of binary neutron stars
双中子星（NS）的合并在某些情况下可能会产生一个稳定的大质量NS残留物，而不是一个黑洞。由于双星具有相当大的角动量，这样的残骸诞生时会迅速旋转，并可能获得强磁场（“毫秒磁星”）。磁星的旋转能量中有很大一部分来自磁星，而磁星的旋转能量是在合并过程中喷射出的少量物质的后面。这有可能产生一个明亮的瞬变，这可能有助于确定在合并中是否形成了NS或黑洞。我们调查了这样一个事件的预期签名，包括第一次的重要影响的电子/正电子对注入到周围的星云的毫秒磁星。这些对通过同步加速器和逆康普顿发射冷却，产生对级联和硬X射线光谱。这些X射线的一部分被喷出物壁吸收并作为热辐射重新发射，导致光学/紫外瞬态峰值在几小时到几天的时间尺度上达到~ 1 e43 - 1 e44 erg/s的光度。这比简单的分析模型预测的要暗，因为星云中电子/正电子对的光学深度很大，抑制了磁星自旋下降光度被热化的效率。然而，光学/紫外线发射比放射性供电的“千诺瓦”亮两个数量级以上。“在某些情况下，星云X射线的亮度足以使喷出物重新发光，在这种情况下，非热X射线以与光辐射相似的峰值亮度和时间尺度无衰减地逸出喷出物。我们讨论的影响，我们的结果的时间延长X射线发射，观察到一些短的伽马射线暴（GRB），包括kilonova候选人GRB 080503和GRB 130603 B。
2013-11-06 astro-ph.HE
Luminous Fast Blue Optical Transients and Type Ibn/Icn SNe from Wolf-Rayet/Black Hole Mergers
快蓝光瞬变“发光”亚类的原子模型（LFBOTs;原型：AT 2018 cow）的挑战是同时解释其所有观察到的特性：快速光学上升时间<天;峰值亮度> 1 e44 erg/s;低产量<0.1 Msun的56 Ni;速度范围宽的非球面喷出物（<3000 km/s至> 0.1-0.5 c，随极地纬度增加）;在~ 1 e14 cm至~ 3e 16 cm的径向尺度上存在氢贫化但并非自由的致密星周物质（CSM）;非热X射线/伽马射线的嵌入式可变源，表明是一个紧凑的物体。这些性质与Wolf-Rayet（WR）星被黑洞（BH）或中子星（NS）伴星的潮汐扰动和超吸积是一致的。与先前的相关模型不同，合并发生在共同包络（CE）事件之后（>~ 100年），共同包络事件是双星诞生的原因，这是由于残余的环双星盘逐渐失去角动量的结果。从合并产生的吸积流的东风流出产生的56镍贫非球面喷出物与所需的速度范围。光学光变曲线主要由来自内部吸积流/喷流的X射线再处理提供动力，尽管CSM冲击相互作用也有贡献。主要的CSM来源包括来自WR星的质量损失（例如，从L2点）在合并的最早阶段（~<1 e14 cm）和残留的CE盘及其光蒸发驱动的风（>~ 1 e16 cm）。更长时间的延迟合并可能反而会产生Ibn/Icn型超新星（取决于WR的演化状态），可能将这些瞬态类与LFBOTs联系起来。
2022-05-08 astro-ph.HE
Ultra Heavy Cosmic Rays from Magnetars
Columbia University（哥伦比亚大学）；Institute for Advanced Study（普林斯顿高等研究院）；Flatiron Institute（平顿研究所）
磁星巨大耀斑可能通过反冲击波加速超重离子，对局部宇宙射线通量有重要贡献，需通过 TIGERISS 实验进一步验证。
2026-01-02 astro-ph.HE
Multi-waveform cross-correlation search method for intermediate-duration gravitational waves from gamma-ray bursts
伽马射线暴（GRB）是一种伽玛射线的闪光，被认为起源于罕见形式的大质量恒星坍缩（长GRB），或来自至少包含一颗中子星（NS）的致密双星合并（短GRB）。爆炸后/合并后残留物（NS与黑洞，BH）的性质仍然存在很大争议。在约50%的长和短GRB中，在爆炸后100-10000 s的时间尺度上观察到伽马射线闪光后X射线余辉的时间演化“平台”，这可能表明存在来自长寿命，高磁化NS（磁星）的能量注入。互相关算法是由[R.科因等例如，（2016）]旨在优化从GRB残留物中寻找中等持续时间（100- 10000 s）的引力波（GW）。在这项工作中，我们测试CoCoA与地面GW探测器收集的真实数据。我们进一步发展的检测统计CoCoA的基础上，允许多波形搜索跨越物理动机的参数空间，从而占伽玛射线暴残留物的物理性质的不确定性。
2020-05-14 astro-ph.HE gr-qc
A multi-messenger analysis of neutron star mergers
两颗中子星的合并是一个非常复杂的过程。为了解开它发生的各个步骤，必须检查我们可以检测到的所有信号：引力波和电磁波，从X和$γ$ -射线到红外线和无线电的巨大光谱。这些信号中的每一个都提供了一个信息，这些信息的整体将使我们不仅能够理解合并的过程，而且还能理解物质在极端条件下的行为。
2018-02-05 astro-ph.HE
Binary Black Hole Accretion During Inspiral and Merger
本文采用二维动网格粘性流体动力学方法模拟并合超大质量黑洞（SMBH）双星的吸积过程。我们包括粘性加热，冲击加热和辐射冷却，并模拟从“前解耦”的时代，其中的螺旋时间尺度是长于粘性的时间尺度，到“后解耦”的时代，其中的螺旋时间尺度是短于粘性的时间尺度的过渡。我们发现，有没有突然停止的吸积去耦，而是吸积显示出缓慢的衰减，与预期的去耦后显着的吸积。此外，我们发现X射线的光度在合并之前显着更高，因为来自SMBH双星的轨道能量通过空腔内的强烈冲击转换为热量，并辐射出去。合并后，空洞重新充满粘性，吸积率放松到Shakura-Sunyaev值，而X射线光度随着激波迅速消散而下降。
2014-09-17 astro-ph.HE
The interplay between cosmic rays and magnetic turbulence in galaxy clusters: radio halos and gamma rays
磁湍流与相对论粒子的相互作用是理解许多天体物理环境中粒子传播和加速的重要过程。在星系团合并过程中，团内介质（ICM）中会产生大尺度湍流，并影响其非热性质。巨型射电晕是在合并星系团中观测到的百万分之一秒尺度的同步辐射源，它可以探测湍流和非热星系团尺度辐射之间的联系。在讨论了ICM中湍流和湍流加速物理学的相关方面之后，我将重点讨论星系团非热辐射建模的最新进展。
2011-12-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
Source models of ultrahigh-energy cosmic rays
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（高能物理研究所，中国科学院粒子天体物理重点实验室）；TIANFU Cosmic Ray Research Center（天府宇宙线研究中心）
该研究探讨超高能宇宙射线的潜在起源与加速机制，分析多种天体现象的贡献，提出剪切加速机制，指出未来多信使观测将助力完善相关认知。
2026-08-28 astro-ph.HE
An Archival Search for Very-High-Energy Counterparts to Sub-Threshold Neutron-Star Merger Candidates
最近发现的电磁信号与中子星合并产生的引力波相吻合，巩固了多信使活动对研究最具活力的天体物理事件的重要性。先驱性的多信使观测站，如LIGO/Virgo引力波探测器和IceCube中微子观测站，记录了许多未达到探测重要性阈值的候选信号。这些阈下事件候选者是多信使研究的有希望的目标，因为这些候选者提供的信息与时间重合的伽马射线观测相结合时，可能会导致显着的检测。在这篇文章中，我描述了我们使用的亚阈值二进制中子星合并候选人确定在先进的LIGO的第一次观测运行（O 1）搜索瞬态事件在非常高的能量伽马射线使用档案观测VERITAS成像大气切伦科夫望远镜阵列。我描述了这种技术的承诺，为未来的联合亚阈值搜索。
2021-08-16 astro-ph.HE
Low-Γ jets from Compact Binary Mergers as Candidate Electromagnetic Counterparts to Gravitational Wave Sources
据认为，具有中子星或中子星和黑洞成分的致密双星合并会产生各种电磁对应物：超相对论喷流产生的短伽马射线暴，随后是宽带余辉; r过程元素放射性衰变产生的半各向同性千诺瓦;以及晚期射电耀斑;如果来自这种合并的喷流遵循与其他天体物理喷流相似的洛伦兹因子的幂律分布，那么合并喷流的总体将由低-Γ值主导。对于低-Γ喷流，与短伽玛暴相关的瞬发γ射线将被抑制，而当激波在环境介质中形成时，喷流能量将以X射线/光学/射电瞬变形式释放。利用蒙特卡罗模拟，我们研究了这样的瞬态作为候选电磁对应物的LIGO/Virgo探测到的引力波源的属性。大约78%的合并喷流导致失败的伽玛暴，光学峰值14-22等，全天率为每年2-3次。
2016-10-05 astro-ph.HE
The Smoking Guns Of Short Hard Gamma Ray Bursts
伽马射线短硬爆（SHB）的X射线余辉提供了令人信服的证据表明，SHB是由高度相对论性喷流产生的，这些喷流是在中子星合并和/或低质量X射线双星中中子星的质量吸积过程中产生的旋转动力毫秒双星。通过引力波探测相对较近的Ligo-Virgo中子星并合，以及随后的离轴较远的短GRB或具有类MSP光变曲线的SHB的孤馀辉，将毫无疑问地证实SHB的中子星并合起源。
2017-10-15 astro-ph.HE
Ultra-high Energy Cosmic Rays and Neutrinos from Gamma-Ray Bursts, Hypernovae and Galactic Shocks
我回顾伽马射线暴模型（GRB）和观测，并讨论了可能产生的超高能宇宙射线和中微子的标准内部冲击模型和新一代的光球和强子GRB模型，在目前的限制IceCube，俄歇和TA观测。然后，我讨论的模型，已被提出来解释最近的天体物理学PeV中微子观测，包括恒星形成和星爆星系，超新星和星系吸积和合并冲击。
2014-07-21 astro-ph.HE
A short gamma-ray burst from a proto-magnetar remnant
同时探测到的引力波和伽马射线来自GW 170817/GRB 170817 A，随后一天的千诺瓦发射，证实了紧凑的双中子星合并作为短持续时间伽马射线暴（GRB）的祖先，以及重r过程核的宇宙源。然而，合并残余物的性质（和寿命）以及为这些明亮的伽马射线闪光提供动力的能量库仍然存在争议，而合并后的最初几分钟在光学波长上尚未探索。在这里，我们报告了最早发现的明亮的热光发射与短GRB 180618 A与扩展的伽马射线发射，紫外和光学多色观测开始尽快1.4分钟后爆发。光谱与快速衰减的余辉和爆发后15分钟出现的热光发射一致，在GRB发生后35分钟，余辉和热光发射突然和彩色地衰减（通量密度$F_ν \propto t^{-α}$，$α=4.6 \pm 0.3$）。我们从伽马射线到光学波长的观测结果与一个以相对论速度膨胀的热星云相一致，该星云由新生的、快速旋转的和高度磁化的中子星（即毫秒磁星）的等离子体风提供动力，其旋转能量以$L_{\rm th} \propto t^{-(2.22\pm 0.14)}$的速率释放，以重新加热未结合的合并残余物质。这些结果表明，这样的中子星可以在坍缩成黑洞的时间尺度上生存下来，而不是在合并后的几百毫秒内，并通过吸积为GRB本身提供动力。明亮的热光学双星合并引力波源的对应物可能在未来的宽场快节奏巡天中很常见。
2022-11-10 astro-ph.HE
Rare Transients in Nearby Galaxies Explain Ultra-high-energy Cosmic Rays
University of Florida（佛罗里达大学）
近邻星系中的稀有暂现源可解释超高能宇宙射线的各向异性、成分和能谱特征
2025-12-06 astro-ph.HE
Shock breakout driven by the remnant of a neutron star binary merger: An X-ray precursor of mergernova emission
一颗旋转速度极快的超大质量中子星（NS）可以从NS-NS双星的合并中幸存下来。这是高度磁化的残余NS的自旋下降将为各向同性合并喷出物提供动力，以产生紫外/光学波段的明亮的合并新星发射。在合并新星之前，NS风和喷出物之间的早期相互作用可以驱动前向激波向外传播到喷出物中。结果，大量的热量可以在激波阵面后面积累，这些热量的最终逃逸可以产生激波爆发发射。我们用半解析模型描述了这种冲击的动力学和热辐射。研究发现，在软X射线中，由于以合并新星发射为先导，在合并后几小时内出现了亮度为$\sim10^{45}~\rm erg~s^{-1}$的尖锐而明亮的爆发发射。因此，这种X射线前体的探测将为识别NS动力的合并新星并将其与放射性动力的合并新星区分开提供确凿的证据（即，kilonovae或macronovae）。NS驱动的合并新星的发现将最终有助于确认由于合并和超大质量NS的存在而产生的引力波信号。
2016-01-15 astro-ph.HE astro-ph.SR
Primordial Extremal Black Holes as Dark Matter
研究表明，在给定暗电磁和重暗电子的情况下，质量范围从Planck尺度到$10^9$ g附近的原始（近）极值黑洞是宇宙学稳定的，并且可以解释暗物质.对于单个黑洞，霍金辐射和Schwinger放电过程分别被近极值和重暗电子所抑制.相比之下，双星系统的合并事件提供了直接观察霍金辐射的机会。由于合并产物不是极端的，它们迅速蒸发并产生瞬时高能中微子和伽马射线信号，可以在IceCube和HAWC等望远镜上观察到。近极值黑洞和暗电子质量之间的关系也可以为弱引力猜想提供线索。
2019-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The case for a minute-long merger-driven gamma-ray burst from fast-cooling synchrotron emission
几十年来，伽马射线暴（GRB）被广泛地分为“长”和“短”持续时间的暴，持续时间分别大于或小于2秒。然而，这种二分法并不能完美地映射到已知产生伽马射线暴的两个祖先通道-紧凑物体的合并（合并伽马射线暴）或大质量恒星的坍缩（超新星伽马射线暴）。特别地，合并GRB群还可以包括具有短的、硬的$\lesssim$ 2s尖峰和随后的较长的、较软的扩展发射（EE）的爆发。最近在50年代持续时间的GRB 211211 A中发现了一个千诺瓦--中子星合并产生的重元素的放射性辉光--进一步证明合并可以驱动长而复杂的GRB，模仿Bracksar种群。在这里，我们提出了一个详细的时间和光谱分析的高能量辐射的GRB 211211 A。我们证明，发射具有纯粹的同步加速器起源，峰值和冷却频率都通过$γ$射线波段向下移动到X射线，并且快速演变的光谱在后期驱动EE特征。这种光谱演变的合并伽玛射线暴的识别开辟了途径的祖先类型的诊断。
2022-12-14 astro-ph.HE
High-energy neutrino emission subsequent to gravitational wave radiation from supermassive black hole mergers
超大质量黑洞（SMBH）的合并在宇宙历史中是普遍存在的，经常表现出强烈的吸积活动和强大的喷流。这些SMBH合并也是未来引力波探测器，如激光空间干涉天线（LISA）的有希望的候选人。在这项工作中，我们考虑中微子对应物的发射起源于喷流诱导的冲击。物理图像是，合并后发射的相对论喷流将在合并前的盘风物质内部向前推进，然后它们随后被准直，导致内部激波、准直激波、前向激波和反向激波的形成。宇宙射线可以在这些地点被加速，中微子预计将通过光生子的生产过程。我们制定的喷流结构和相关的相互作用，然后评估中微子发射从每个冲击网站。我们发现，月到年的高能量中微子排放的合并后的喷流后的引力波事件是可检测的IceCube-Gen 2在大约5至10年的操作在乐观的情况下，宇宙射线负载是足够高的，并实现了温和的超爱丁顿吸积。我们还估计了SMBH合并对扩散中微子强度的贡献，并发现在乐观的情况下，观测到的极高能量（$E_ν\gtrsim1$ PeV）的冰立方中微子中有很大一部分可能来自SMBH合并。在未来，这样的中微子同行连同引力波观测可以用于多信使的方法来阐明更详细的演变和SMBH合并的物理机制。
2020-09-23 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
An explosion is triggered by the late collapse of the compact remnant from a neutron star merger
众所周知，双中子星合并会产生超大质量中子星。这种致密残余物的寿命取决于总质量和状态方程。这个致密的残骸坍缩成一个黑洞-环面系统，预计会产生一个强大的喷流和一个短暂的伽马射线暴。然而，如果坍缩延迟半秒左右，周围的物质就会被吸积和/或排出，因此不会形成环面。然而，坍缩本身会产生准各向同性的磁化火球。由于磁场重连，这种磁性炸弹将耗散其大部分能量，并将产生即时发射，此时火球将对伽马射线透明。这种爆炸的能量范围取决于两颗中子星的初始磁场强度和合并过程中磁能的放大。我们讨论了一个准各向同性磁化火球的生产和随后的相互作用，在合并过程中喷出的物质，作为一个双中子星系统合并的结果。我们进一步讨论了一个可能的起源的持续时间的爆发和径向分层的流量以下的准正常模式的黑洞。
2018-07-18 astro-ph.HE
GRB 080503 late afterglow re-brightening: signature of a magnetar powered merger-nova
GRB 080503是一个由\emph{Swift}探测到的短伽马射线暴（GRB），被归类为致密恒星合并源GRB。在X射线和光学余辉光变曲线中的软扩展发射和同时的后期再增亮引起了关于其物理起源的有趣问题。我们发现，GRB 080503的宽带数据可以很好地解释在双中子星合并模型的框架内，提供的合并残余物是一个快速旋转的大质量中子星具有极高的磁场（即毫秒磁星）。我们表明，后期的光学再增亮是一致的发射从磁星供电的“合并新星”。这为与短伽玛暴相关的并合新星的不断增长的样本又增加了一个案例。软扩展发射和晚期X射线过量发射通过磁星偶极自旋下降光度演化函数很好地联系在一起，表明直接磁耗散是产生这些X射线的机制。X射线辐射最初是从被短伽玛射线暴喷流刺穿的合并喷出物中的一个洞泄漏出来的。在磁星向下旋转并且磁压力下降到冲压压力以下之后，孔随后关闭。然后X射线光子被捕获在合并新星喷出物的后面，直到喷出物在稍后的时间变得光学薄。这解释了光学和X射线光变曲线中基本上同时发生的再增亮。在这个模型中，未来的引力波源可能与一个明亮的X射线对应物以及合并新星相关联，即使短的伽马射线暴喷流远离地球。
2015-06-22 astro-ph.HE
Late time afterglow observations reveal a collimated relativistic jet in the ejecta of the binary neutron star merger GW170817
双星中子星（BNS）合并GW 170817是第一个在引力波和多波长电磁辐射中探测到的天体物理源。几乎同时观测到的伽玛射线脉冲证明了BNS合并至少与一些短的伽马射线暴（GRB）有关。然而，伽马射线脉冲是微弱的，使人怀疑BNS合并与明亮的，高度相对论性的典型短伽玛暴流出的关联。在这里，我们表明，具有相对论性、高能核心的结构性喷流被速度较慢、能量较低的机翼包围，会产生余辉发射，这种余辉发射的特征是随着时间的推移而变亮，正如最近在GW 170817的余辉中看到的那样。最初，我们只看到相对缓慢的物质向我们移动。随着时间的推移，越来越大的流出部分变得可见，增加了余辉的亮度。GW170817的多波长余辉的后期出现和亮度的增加使我们能够限制其喷出物的几何形状，从而揭示了离轴喷流的存在，该喷流指向距离地球约30度。我们的研究结果证实了一个单一的起源BNS合并和短GRB：GW170817产生了一个结构化的外流具有高度相对论性的核心和典型的短GRB。我们没有看到明亮的爆发，因为它是从地球发射出去的。然而，在引力波中检测到的20次合并中，大约有一次会伴随着明亮的、典型的短伽玛射线暴。
2018-05-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detectability of Electromagnetic counterparts from Neutron Star mergers: prompt emission vs afterglow
对第一颗中子星（BNS）合并双星GW 170817的电磁观测表明，在BNS合并双星中可以成功地发射相对论喷流。典型地，这样的喷流在两个阶段中产生发射：$γ$ -射线即时发射和多波长余辉。由于相对论性减助推，这两个对应物的可探测性取决于观察者视线和喷流轴线之间的角度（$θ_v$）。我们比较了离轴射流的即时和余辉发射的可探测性，假设标准的检测器阈值。我们发现，对于顶帽喷流，余辉是一个更潜在的对应物比即时发射，即使与不利的余辉参数。对于具有高斯分布的结构射流，在假设瞬发阶段发射的能量等于外流的动能的情况下，在极端视角下，瞬发发射比余辉更有希望。假设一个高斯喷流剖面，我们预测人口的$γ$ -射线检测，并发现极端视角的事件，如GRB 170817 A将是罕见的。在我们的模拟样本中，观测到的$γ$ -射线中的各向同性等效能量与视角适度相关，使得低$E_{\rm iso, γ}$几乎总是与高离轴视角相关联。
2019-12-19 astro-ph.HE
