Numerical Relativity Estimates of the Remnant Recoil Velocity in Binary Neutron Star Mergers
本文首次基于数值相对论模拟估计双中子星并合遗迹的反冲速度，发现其可达数十至150 km/s，并给出反冲速度与抛射物质关系的拟合公式，同时估计了遗迹质量与自旋范围。
2023-10-18 astro-ph.HE gr-qc
A Systematic Study of Type Ia Supernova Remnants: Using Nucleosynthesis to Probe their Supernova Progenitors
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（理化学研究所跨学科理论与数学科学中心 (iTHEMS)）
本研究通过对Ia型超新星遗迹的空间分辨X射线光谱分析，对比核合成模型探测其前身星，发现单一模型无法复现所有元素丰度比，不同遗迹对应不同Ia型超新星爆发家族，同时提出了模型改进方向。
2026-08-11 astro-ph.HE
Imprints of neutrino-pair flavor conversions on nucleosynthesis in ejecta from neutron-star merger remnants
中子星合并后的残余物中含有大量的中微子。采用流体动力学模拟的方法，研究了中心为$3\ M_\odot$黑洞、无量纲自旋参数$0.8$和吸积环$0.3\ M_\odot$的中子星合并残留物的中微子发射特性.最初，$\barν_e$的局部数密度大于残留物上方任何地方的$ν_e$。然后，当环面接近自我调节平衡时，中微子的局部丰度超过了极地周围漏斗中的反中微子丰度。随着时间的推移，可以发生快速成对风味转换的区域相应地缩小。尽管如此，我们发现快速的味道转换确实影响了大多数中微子驱动的喷出物。假设快速风味转换导致风味平衡，发现具有质量数$A>130$的核的显著增强以及镧系元素质量分数的变化超过一千倍。我们的研究结果暗示了中微子味振荡对预测kilonova（macronova）光变曲线的潜在相关作用，并激励了在这个方向上的进一步工作。
2017-12-31 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Magnetic field effects on nucleosynthesis and kilonovae from neutron star merger remnants
本文研究了超大质量中子星（HMNS）的参数化磁场配置对电磁（EM）观测值的影响，特别是对Kilonova光变曲线和核合成产额的影响。我们进行了三维（3D）动态时空广义相对论磁流体动力学（GRMHD）模拟，包括中微子泄漏方案、微物理有限温度状态方程（EOS）和初始极向磁场。我们发现，不同的磁场强度和衰减的影响形成磁化风或温和的相对论射流，这反过来又有深远的影响的外流性质。所有的演化配置崩溃到一个黑洞（BH）$\sim 21-23$ ms后开始的模拟，但是，那些形成喷流可能是相当有效地传输角动量的系统，导致在早期的崩溃时间。较大的质量喷射率和径向速度的未结合的材料破坏系统，形成射流。在不同的磁场参数下，Kilonovae和$r$过程产额的辐射热光变曲线有很大的变化。我们的结论是，磁场强度和衰减的外流性质和电磁可观测量具有强大的影响。这可能是特别重要的，因为我们的模拟（$\simeq 10^{-3}\;M_{\odot}$）的总喷出物质量使HMNS的喷出物通过$r$ -过程元素的放射性衰变成为kilonova的动力来源。
2022-08-10 astro-ph.HE
Extending black-hole remnant surrogate models to extreme mass ratios
提出一种机器学习方法，通过结合相当质量数值模拟与极端质量比解析预测，扩展 NRSur7dq4Remnant 模型，构建出适用于任意质量比且精度更高的黑洞残骸代理模型 NRSur7dq4EmriRemnant。
2023-10-24 astro-ph.HE gr-qc
Gamma-ray Diagnostics of r-process Nucleosynthesis in the Remnants of Galactic Binary Neutron-Star Mergers
我们进行了一个完整的核网络数值计算的$r$过程的核在二进制中子星合并（NSMs），估计$γ$射线辐射的银河系NSMs的残余物的$10^6$岁的目的。采用4，070个核的核合成计算来提供电子分数$Y_{\rm e}$在0.10和0.45之间的核的元素组成比。模拟了3，237个不稳定核的衰变过程，提取了$γ$射线谱.因此，NSM在$γ$射线波段具有不同于其他天体的光谱颜色，年龄小于$10^5$年。此外，我们提出了一种新的线诊断方法$Y_{\rm e}$，使用线比率的$^{137{\rm m}}$ Ba/ $^{85}$ K或$^{243}$ Am/ $^{60{\rm m}}$ Co，这变得大于统一的年轻和老的$r$ -过程网站，分别与低$Y_{\rm e}$环境。根据对$γ$射线观测的距离极限作为年龄的函数的估计，如果我们假设NSM的数量为\citet{2019ApJ...880...23W}，则需要在亚MeV波段的高灵敏度，大约为$10^{-9}$光子s $^{-1}$ cm $^{-2}$或$10^{-15}$ erg s $^{-1}$ cm $^{-2}$，以覆盖我们银河系中所有的NSM残留物。在70- 4000 keV波段，$γ$射线探测的灵敏度为$10^{-8}$ -- $10^{-7}$光子s $^{-1}$ cm $^{-2}$或$10^{-14}$ -- $10^{…
2022-05-11 astro-ph.HE
The long-term evolution of neutron star merger remnants - I. The impact of r-process nucleosynthesis
我们遵循的长期演变的动态喷出物的中子星合并长达100年的密度范围约40个数量级。我们包括核能输入新鲜合成，放射性衰变的核在我们的模拟和研究其对残余动力学的影响。虽然核加热大大改变了长期的演变，我们发现，运行核网络在纯粹的流体动力学模拟（即没有加热）产生实际上可以接受的核合成结果。辐射加热的主要动力学效应是迅速消除初始质量分布的不均匀性，随后演化自相似地进行，100年后残余物仍然携带着初始二元质量比的记忆。我们还探讨了两个质量喷射通道的核合成产额。动态喷出物非常稳健地产生“强”r-过程元素与$A > 130$的模式，这是基本上独立的合并系统的细节。从一个简单的模型中，我们发现，中微子驱动的风产生“弱”的r-过程的贡献与$50 < A < 130$的丰度模式有很大的不同合并的情况下。这是因为它们的电子分数，由中微子光度的比例决定，在不同的情况下变化很大。这样的风不会产生任何$^{56}{\rm Ni}$，而是一系列放射性同位素，这些同位素的寿命足够长，除了动态喷出物中的“macronova”之外，还能产生第二个放射性供电的电磁瞬变。虽然我们的风模型非常简单，但它仍然证明了这种中微子驱动的风对电磁瞬变的潜力，并激发了进一步，更详细的中微子流体动力学研究。在配套文件中更详细地讨论了所提到的瞬态的属性。
2014-01-17 astro-ph.HE
Magnetic Eruption and Nucleosynthesis in GRνMHD Simulations of Spinning Neutron Star Mergers
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；INAF, Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，研究不同自旋配置的中子星合并中自旋对动力学、磁场演化、外流及核合成的影响，发现对齐自旋产生更准直的极向外流并合成富质子物质，而反自旋则抑制磁驱动风。
2026-09-23 astro-ph.HE gr-qc
Computing Fast and Reliable Gravitational Waveforms of Binary Neutron Star Merger Remnants
在双星GW170817的螺旋中探测到了引力波，这使得对中子星状态方程的约束成为可能。如果探测到来自合并后残骸的引力波，状态方程可以进一步受到约束。目前，合并后的波形是由数值相对论模拟，这是计算昂贵。在这里，我们介绍了一个在数值相对论模拟上训练的分层模型，它可以在几分之一秒内生成可靠的合并后光谱。我们的光谱的平均拟合因子为0.95，相比之下，模拟相同物理系统的不同数值相对论代码之间的拟合因子为0.76和0.85。该方法是产生用于合并后检测和参数估计的大模板谱库的第一步。
2018-11-27 astro-ph.HE gr-qc
Numerical-relativity simulations of long-lived remnants of binary neutron star mergers
我们分析了双中子星系统合并后，当残余物存活超过80 ms（最多140 ms）时所发射的引力波信号的性质。我们采用四个不同的分段多方状态方程补充的理想流体热分量。我们发现，合并后的阶段可以细分为三个阶段：早期合并后的阶段（四极模式和一些次主导功能是活跃的），中间合并后的阶段（只有四极模式是活跃的）和后期合并后的阶段（对流不稳定触发惯性模式）。惯性模式的频率略小于四极模式。在一个模型中，我们发现了一个有趣的协会的四极模式的共转的部分明星与复苏的幅度。在合并后的后期阶段，惯性模式的引力波发射集中在一个狭窄的频率区域，并有可能被计划中的第三代探测器探测到。这使得不仅可以探测状态方程的冷部分，还可以探测它对有限温度的依赖性。鉴于这些结果，研究不同类型的粘性对双中子星合并残留物中惯性模潜在激发的影响将是重要的。
2020-03-21 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of equal mass binary bare quark stars in full general relativity: could a supramassive merger remnant experience prompt collapse?
我们已经发展了合并的等质量的二元夸克星，其总质量接近的质量脱落极限的均匀旋转的配置，在完全广义相对论流体动力学模拟，旨在调查合并后的结果。特别是，我们已经确定了合并后迅速形成黑洞的阈值质量，通过跟踪最小的失效函数，以及在合并模拟过程中喷出的物质的量。一个半解析调查的基础上所包含的合并残余物的角动量也进行了验证的结果。对于在这项工作中考虑的状态方程，TOV解决方案的最大质量为2.10 $M_\odot$，阈值质量之间的3.05和3.10 $M_\odot$。这一结果与由对称双星中子星合并的数值结果导出的普适关系是一致的（定量误差小于1%）。与中子星的情况相反，阈值质量接近均匀旋转夸克星的质量脱落极限。因此，我们发现，总质量相当于长寿命超大质量残留物（中子星）的夸克星双星，可以在几倍的动力学时间尺度内坍缩成黑洞，这使得夸克星成为通常被接受的中子星双星合并后的例外。我们对夸克星和中子星之间的相似性和差异性提出了解释。
2021-11-01 astro-ph.HE gr-qc
Progenitors and Explosion Properties of Supernova Remnants Hosting Central Compact Objects: II. A Global Systematic Study with a Comparison to Nucleosynthesis Models
本研究针对含中心致密天体的超新星遗迹开展系统分析，结合X射线观测数据与核合成模型对比，发现常用爆炸模型无法匹配抛射物产额，揭示其前身星多为低质量大质量恒星、爆炸能量较低，指出需完善理论模型并发展下一代X射线观测。
2023-08-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Secular Outflows from Long-Lived Neutron Star Merger Remnants
本研究通过广义相对论中微子辐射流体动力学模拟，探讨了双中子星并合产生长寿命大质量中子星残骸的质量抛射过程，揭示了螺旋密度波与中微子辐射驱动的外流机制，并证实其核合成产率与太阳丰度一致。
2023-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Numerical relativity simulations of neutron star merger remnants using conservative mesh refinement
我们研究相等和不等质量的中子星合并通过新的数值相对论模拟，其中广义相对论流体动力学求解器采用的算法，保证质量守恒的计算网格的细化水平。我们考虑了八个具有总质量$M=2.7\,M_\odot$、质量比$q=1$和$q=1.16$、四个不同状态方程的二元组态，以及一个具有刚性状态方程的组态，$M=2.5M_\odot$和$q=1.5$ .我们着重于并合后的动力学，研究了并合残余物、动力学喷出物和并合后引力波谱。虽然大多数合并的残余物形成一个超大质量的中子星坍缩成一个黑洞+磁盘系统的动力学时标，刚性的EOS最终可以产生一个稳定的大质量中子星。喷出物主要在轨道平面周围发射;受到大质量比和较软EOS的青睐。合并后波谱的主要特征是残余物的非轴对称振荡。由$1.5M_\odot$和$1.0M_\odot$中子星组成的刚性物态方程组态显示出相当奇特的动力学。在合并过程中，伴星变形很大，约~ $\sim0.03M_\odot$的静止质量由于力矩而脱离潮汐尾，合并残余物形成稳定的中子星，周围是一个巨大的吸积盘$\sim0.3M_\odot$。类似的配置可能对电磁对应物特别感兴趣。比较有和没有保守的网格细化算法得到的结果，我们发现，合并后的模拟可能会受到系统误差的影响，如果没有强制执行的网格细化策略中的质量守恒。然而，质量守恒还取决于网格细节和人工大气设置。[删节]
2015-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Accurate muonic interactions in neutron star mergers and impact on heavy-element nucleosynthesis
本文开展含五种中微子及 μ 子 β 过程的 BNS 并合广义相对论输运模拟，揭示 μ 子相互作用改变冷却、抛射物性质与 r 过程元素产额。
2025-05-15 astro-ph.HE gr-qc
Light Element Nucleosynthesis in a Molecular Cloud Interacting with a Supernova Remnant and the Origin of Beryllium-10 in the Protosolar Nebula
早期太阳系中存在的短寿命放射性核素提供了有关太阳系形成时天体物理环境的重要信息。现已灭绝的$^{10}$ Be在富含钙铝的包裹体（CAIs）中发现分馏和未识别的核同位素异常（FUN-CAIs），表明早期太阳系中$^{10}$ Be的基线浓度是从原太阳分子云继承的。在本文中，我们首先表明，$^{10}$被记录在FUN-CAIs不能产生在原位宇宙射线（CR）照射的FUN-CAIs本身。然后，我们表明，捕获的银河系CR（GCR）在崩溃的太阳前云核心引起的原太阳星云的$^{10}$被污染可以忽略不计。太阳前分子云被背景GCR辐射后产生的稳态$^{10}$ Be/ $^9$ Be比值比FUN-CAIs记录的比值低约2.3倍，这表明太阳前分子云受到了额外的CR源的辐射。考虑到超新星遗迹（SNR）中CR加速的详细模型，我们发现FUN-CAIs中记录的$^{10}$ Be丰度可以在两种替代方案中解释：（i）由大于50颗超新星在由至少20颗恒星组成的大星团产生的热气超级气泡中爆炸产生的CR照射巨大分子云，000名成员和（ii）照射的前太阳分子云新鲜加速CR逃脱了从一个孤立的SNR在结束的Sedov-泰勒阶段。第二个模型自然地提供了一个解释注入其他短寿命的放射性核素的恒星起源到冷的太阳前分子云（$^{26}$铝，$^{41}$钙和$^{36}$氯），并与太阳系起源于一个超新星冲击波冲击的分子云崩溃。
2014-10-06 astro-ph.HE
Recoil Velocity of Binary Neutron Star Merger Remnants
本文结合数值相对论模拟的引力辐射与动力学抛射物分布，准确估计双中子星并合遗迹的反冲速度，发现物质抛射引起的反冲占主导，并指出该速度对判断遗迹能否保留以参与层级并合及形成低质量间隙黑洞双星具有重要意义。
2023-08-09 astro-ph.HE gr-qc
Universal Relations for Binary Neutron Star Mergers with Long-lived Remnants
我们提出了一种新的通用关系的二进制中子星合并与长寿的中子星残余物：最近的工作的启发基于数值相对论模拟，我们提出了一种新的方法，使用微扰计算，使我们能够与合并前的中子星二进制潮汐变形合并后残余物的有效紧凑性。我们的研究结果允许预测的恒星参数的长寿残留中子星的研究期间发出的引力波合并前阶段。
2021-06-15 astro-ph.HE gr-qc
Mapping the asymptotic inspiral of precessing binary black holes to their merger remnants
研究黑洞双星的演化需要多种方法。虽然后牛顿近似足以描述早期的螺旋（即使是无限大的轨道分离），但只有数值相对论才能捕捉合并附近动力学的全部复杂性。我们结合多时间尺度后牛顿积分与数值相对论代理模型，从而映射的二进制从其渐近配置在过去的时间无限的合并后的残余物的整个历史。这种方法自然使我们能够评估岁差和轨道相位对合并残余物的性质（质量、自旋和反冲）的影响。这些阶段在连接二元演化的两个极值时引入了基本的不确定性。
2020-10-19 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Explosive Nucleosynthesis in Near-Chandrasekhar-mass White Dwarf Models for Type Iax Supernovae: Dependence on Model Parameters
最近观察到的Ia型超新星（SNe Ia）的多样性，促使我们进行理论模拟的SNe Ia的参数范围很宽。特别是Iax型超新星（SNe Iax）的起源一直不清楚。继我们以前的工作的参数依赖性的SN Ia模型，我们专注于SNe Iax在本研究中。对于SNe Iax模型，我们采用了目前主流的近E-10质量C+O白矮星（WD）的纯湍流爆燃（PTD）模型。我们进行了二维流体动力学模拟爆燃波的传播，留下一个小的WD残留物的背后和喷射核合成材料。我们展示了如何爆炸属性，如核合成和爆炸能量，取决于模型参数，如中心密度和组成的WD（包括混合WD），湍流火焰处方和初始火焰几何形状。我们提取了相关的观测值在我们的模型，并与最近发现的低质量WD与不寻常的表面丰度模式和一些SN残留的丰度模式。我们提供的核合成产额表的应用，恒星考古学和银河系化学演化。我们的研究结果与文献中的代表性模型进行了比较。
2020-07-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutron Star Merger Remnants
双中子星合并观测是一种独特的方式，限制在极端的基础物理和天体物理学。引力波事件及其电磁对应物的解释主要依赖于合并残余物的广义相对论模型。定量模型只能通过3+1维的数值相对论模拟来获得，包括核物质、电磁和弱相互作用的详细输入物理。本审查总结了目前对合并残余物的理解，重点是与多信使观测有关的一些方面。
2020-10-25 astro-ph.HE gr-qc
kiloHertz gravitational waves from binary neutron star remnants: time-domain model and constraints on extreme matter
中子星合并的残余恒星是预期的千赫兹引力波的响亮来源，它传达了极端密度下热物质状态方程的独特信息。对这种信号的观测受到地面干涉仪的光子散粒噪声的阻碍，并对引力波天文学提出了挑战。我们开发了一个分析的时域波形模型的合并后的信号告知数值相对论模拟。该模型完成了有效的单体波形准圆形nonspinning二进制在千赫制度。我们表明，基于模板的分析可以检测合并后的信号，最小的信噪比（SNR）为8，对应于GW 170817的第三代干涉仪的类似事件。使用贝叶斯模型选择和完整的inspiral-merge-postmerge波形模型，可以推断合并的结果是否是一个迅速崩溃的黑洞或残留的恒星。在后一种情况下，最大质量（最紧凑）的非旋转中子星的半径可以精确到千米。我们证明了利用数值相对论模拟推导出的准普适关系推断极端密度下状态方程刚度的可行性。
2020-01-20 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
$^{56}$Ni production in long-lived binary neutron star merger remnants
本研究通过含双矩中微子输运的数值相对论模拟，发现长寿命双中子星并合遗迹会产生约$10^{-3}M_\odot$的$^{56}$Ni，其衰变会使极向千新星光变曲线变平，可作为遗迹存在的观测标志。
2025-03-21 astro-ph.HE
Eccentric binary black hole surrogate models for the gravitational waveform and remnant properties: comparable mass, nonspinning case
我们开发了新的策略来建立偏心双黑洞系统的数值相对论代理模型，预计将在当前和未来的引力波探测器中发挥越来越重要的作用。我们引入了一个新的替代波形模型，\texttt{NRSur2dq1Ecc}，使用47 nonspinning，等质量波形的偏心率高达$0.2$时，测量在合并前的参考时间$5500M$。这是第一个直接在偏心数值相对论模拟上训练的波形模型，并且不需要在合并之前进行二进制循环。该模型包括$(2,2)$，$(3,2)$和$(4,4)$自旋加权球谐模。我们还建立了一个最终的黑洞模型，\texttt{NRSur2dq1EccRemnant}，它模拟了残余黑洞的质量和自旋。结果表明，我们的波形模型可以准确地预测不匹配$\approx 10^{-3}$的数值相对论波形，而残余模型可以恢复最终质量和无量纲自旋，其绝对误差分别小于$\approx 5 \times 10^{-4}M$和$\approx 2 \times10^{-3}$.我们表明，波形模型也可以恢复微妙的效果，如模式混合的振铃信号，没有任何特殊的特设建模步骤。最后，我们表明，尽管只训练等质量的二进制文件，\texttt{NRSur2dq1Ecc}可以合理地扩展到质量比$q\approx3$与不匹配$\simeq 10^{-2}$的偏心率小于$\sim 0.05$的$2000M$合并前的参考时间测量。这里开发的方法应证明是有…
2021-03-24 astro-ph.HE gr-qc
A Nucleosynthetic Origin for the Southwestern Fe-rich Structure in Kepler's Supernova Remnant
{ \it Chandra}对开普勒超新星遗迹的X射线观测表明，在西南区域存在高速富铁喷出物结构。我们报告了铁峰元素（铬，锰，铁，镍），以及钙，在这个富铁的结构，这意味着这些元素可以产生在爆炸的白矮星的内部区域的强K壳层发射。Ca/Fe、Cr/Fe、Mn/Fe和Ni/Fe的质量比分别为1.0--4.1%，1.0--4.6%，1--11%和2--30%。为了限制可能产生这种结构的燃烧状态，我们将这些观测到的质量比与18个一维Ia型核合成模型（包括近$M_{\rm Ch}$和亚$M_{\rm Ch}$爆炸模型）进行了比较。观测到的质量比与Ia型核合成模型中不完全Si燃烧中间层周围的质量比吻合得很好，其峰值温度为$\sim$（5.0- 5.3）$\times$ 10 $^{9}$ K，金属丰度高，Z $>$ 0.0225。根据我们的研究结果，我们推断的必要性，一些机制，以产生突出的富铁块为主的不完全硅燃烧产物在爆炸过程中。我们还讨论了其他Ia型超新星遗迹中富铁结构的X射线观测的未来前景。
2020-01-08 astro-ph.HE
Differentially rotating scalarized neutron stars with realistic post-merger profile
本文研究了带质量标量场的标量-张量理论下差速旋转中子星模型，采用真实唯象旋转定律，发现相比广义相对论存在质量与角动量更大且能更久保持准球形分布的解，为后续研究标量化对合并残骸稳定性与引力波辐射的影响奠定基础。
2023-03-14 astro-ph.HE gr-qc
Axisymmetric hydrodynamics in numerical relativity: treating coordinate singularity, artificial heating and modeling MHD instabilities
针对双中子星并合残骸的轴对称模拟，提出一种保持磁通守恒且避免坐标奇异性的新方案，结合平滑性与守恒性，并改进熵演化去除人工加热及有效粘性建模，提升长期演化真实性。
2025-10-15 astro-ph.HE gr-qc
Revisiting the Supernova Engines in the 3C 397 and W49B Supernova Remnants
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；Fredonia State University of New York（纽约弗雷多尼亚州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（理化学研究所跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS））
通过XMM-Newton光谱分析，研究发现3C 397和W49B的金属丰度比更符合热核模型，但需低能量超新星爆炸，同时揭示了超新星分类中单一诊断的局限性。
2025-12-01 astro-ph.HE
High-entropy ejections from magnetized proto-neutron star winds: implications for heavy element nucleosynthesis
虽然最初被认为是有希望的r-过程核的生产，标准模型的中微子加热风从原中子星（PNS）没有达到必要的中子-种子比的生产镧系元素和锕系元素。然而，由r-，rp-，或$νp$ -过程在PNS风中创建的丰度分布敏感地依赖于流的熵和动力学膨胀时间尺度，这可能强烈地受到高磁场的影响。在这里，我们提出的结果，从磁流体动力学模拟的非旋转中微子加热PNS风与强偶极子磁场从$10^{14}-10^{16}$ G，并评估其在改变核合成条件的作用。强场在赤道形成一个封闭的区域和头盔流光结构，在环形等离子体团中有间歇性的动力学质量喷射。我们发现显着增强的熵在这些地区和条件有利于第三峰r-过程核合成，如果风是中子丰富。相反，如果风是富含质子的，则条件将影响来自$νp$过程的丰度。我们量化的熵和动力学膨胀时间尺度的喷射物质的分布，以及影响熵所需的临界磁场强度。对于$B\gtrsim10^{15}$ G，我们发现$\gtrsim10^{-6}$ M $_{\odot}$和高达$\sim10^{-5}$ M $_{\odot}$的高熵物质在风相中的每一个高磁化中子星诞生中都被喷射出来，这为宇宙中迅速的重元素富集提供了一种机制。在超新星遗迹中发现的前双星伴星，遗迹本身和逃逸恒星可能会表现出过度丰度。我们提供了一个比较等离子体团喷发的半解析模型，并讨论了影响和扩展。
2019-11-02 astro-ph.HE
Type Ia Supernovae and their Explosive Nucleosynthesis: Constraints on Progenitors
Ia型超新星（SNe Ia）的前身是什么，它们是近克拉塞卡质量还是亚克拉塞卡质量的白矮星，几十年来一直是争论的问题。各种观测提示支持这两个模型作为主要的祖先。本文综述了这两类母星中Ia超新星的爆炸物理和化学丰度模式。我们将讨论超新星Ia的观测数据，他们的残余物，银河系和星系团可以帮助我们确定的基本特征，超新星Ia的数值模型需要匹配。
2021-11-29 astro-ph.HE
Outflows from Short-Lived Neutron-Star Merger Remnants Can Produce a Blue Kilonova
通过三维广义相对论磁流体动力学模拟，发现短寿命中子星并合残骸的外流可独立产生蓝色千新星，包括AT2017gfo中的蓝色成分，但r过程丰度在第二峰外产生不足。
2023-05-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
Binary neutron star mergers in massive scalar-tensor theory: Properties of post-merger remnants
本文通过数值相对论模拟研究大质量标量-张量引力理论下双中子星并合后遗迹的性质，发现激发标量场会提高即时坍缩阈值质量，并揭示超重中子星中存在长寿命ϕ-模式及去标量化在引力波中的独特特征。
2024-06-07 astro-ph.HE gr-qc
Thermal X-ray Spectra of Supernova Remnants
超新星遗迹的特征是快速冲击，它将星周物质和喷出物加热到极高的温度，导致显著的X射线发射。来自SNR的X射线光谱携带了大量关于等离子体的温度和电离状态、激波后物质的密度分布以及喷出物的成分的信息。这反过来又对祖星的性质、产生残骸的爆炸性核合成、SNR扩展的环境性质以及粒子加速对其动力学演化的影响产生了强烈的限制。在这里，我提出的结果从X射线研究信噪比在不同的进化状态，并强调从热发射推断的关键结果。
2013-09-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Dynamics and Equation of State Dependencies of Relevance for Nucleosynthesis in Supernovae and Neutron Star Mergers
中子星（NS）和黑洞（BH）是在恒星核心的最终坍缩终止了质量大于9 Msun的恒星的生命时诞生的。这可能引发核心坍缩超新星（CCSN）中大部分恒星物质的强烈喷射，其极端亮度由放射性同位素（如56 Ni和56 Co）的衰变提供能量。当在近距离双星系统中演化时，这种地狱般灾难的紧密遗迹在轨道上螺旋式地相互靠近，并通过引力波发射逐渐衰减。最终，两个组成部分的猛烈碰撞形成了一个更大的，快速旋转的残余物，再次伴随着大量物质的喷射。这些合并事件可以通过带有余辉的伽马射线的高能爆发和称为千诺瓦的电磁瞬变来观察，这些伽马射线辐射出新组装的快速中子捕获元素的放射性衰变中释放的能量。CCSNe和致密天体并合（COMs）都是重元素核合成的重要场所，通过它们的质量抛射以及抛射物中发生的核反应和中微子反应，在宇宙物质循环和星系化学富集历史中发挥着核心作用。NS物质的核物质状态方程（EoS），从富含中子到质子占主导地位的条件，温度范围从零到~100 MeV，是这些天体物理现象的重要组成部分。它决定了它们的动力学过程，它们的残余性质，甚至在决定NS或BH的水平上，以及中微子的相关发射的性质，中微子的相互作用决定了最里面的喷出物中核合成反应的热力学条件和中子与质子的比率。本章讨论了CCSNe和COM中相应的EoS依赖关联效应。（略有删节）
2023-02-20 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Axisymmetric models for neutron star merger remnants with realistic thermal and rotational profiles
合并的中子星预计会在快速的差速旋转中产生热的亚稳态残余物，随后冷却并演变成刚性旋转的中子星或坍缩成黑洞。研究这个亚稳相及其进一步演化对于预测和解释这种合并的电磁，中微子和引力信号是必不可少的。在这项工作中，我们建立了双中子星合并残留物的模型，并提出了新的旋转和热定律，描述合并后的残留物。我们的框架是能够再现准平衡配置的通用状态方程，旋转和温度分布，包括非正压的。我们表明，我们的结果是一致的数值相对论模拟散装剩余物的性质，如质量，角动量，形成一个巨大的吸积盘。由于我们的轴对称代码的计算成本较低的完整的3+1维模拟相比，我们可以进行广泛的探索的二元中子星剩余参数空间研究几十万配置不同的状态方程。
2021-03-18 astro-ph.HE gr-qc
Impact of Neutrino Flavor Conversions on Neutron Star Merger Dynamics, Ejecta, Nucleosynthesis, and Multi-Messenger Signals
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Tennessee Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Università di Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（意大利国家核物理研究所-特伦托基础物理与应用研究所）
本研究探讨中微子味转换对中子星并合过程、喷流、核合成及多信使信号的影响，发现其能显著增加中子富集喷流和r过程产率，并揭示味转换与引力波辐射的关联。
2026-01-12 astro-ph.HE gr-qc
Merger and Mass Ejection of Neutron-Star Binaries
中子星双星和黑洞-中子星双星的合并是地基引力波探测器最有希望的观测源之一，也是一种高能天体物理现象，在GW 170817事件中观测到的引力波和电磁波就说明了这一点。这些中子星双星的合并也是r-过程核合成最有希望的地点。完全广义相对论（数值相对论）的数值模拟是一种独特的方法，理论预测的合并过程，GWs发射，质量喷射过程，并导致EM发射。本文基于最新的数值相对论模拟结果，总结了我们目前对中子星合并和随后的物质抛射过程的认识。我们强调，数值相对论模拟的预测与GW 170817的光学和红外观测基本一致。
2019-08-06 astro-ph.HE gr-qc
Black hole remnant of black hole-neutron star coalescing binaries with arbitrary black hole spin
建立了一个确定黑洞-中子星合并过程中黑洞残余物的无量纲自旋参数和质量的模型，该模型具有任意的初始黑洞自旋角动量、双星质量比、中子星质量和冷态方程.对数值相对论结果进行了检验，表明无量纲自旋参数和最终质量都准确地再现。对于第一次，这两个量的行为和l = 2，m = 2，n = 0的准正规模式频率检查整个参数空间。这个频率的预测可以用来指导引力波建模和探测工作，并从探测到的引力波信号中提取物理信息，这将有助于我们打破黑洞和黑洞-中子星系统之间的简并，提高我们对致密双星形成的理解，并约束中子星状态方程。
2014-03-10 astro-ph.HE gr-qc
Novel Ringdown Tests of General Relativity with Black Hole Graybody Factors
Sapienza Università di Roma（罗马大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
GreyRing模型通过灰体因子重现黑洞二体合并后信号，实现高精度参数测量，提供新的强引力场测试方法。
2026-10-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Detection and parameter estimation of binary neutron star merger remnants
双中子星合并残留物的探测和参数估计可以揭示超核密度下热物质的物理学。在这里，我们开发了一个快速，简单的模型，可以产生重力波形，并表明它可以用于合并后残留物的检测和参数估计。该模型由三个指数阻尼正弦波与线性频移项。模型波形和数值相关性模拟之间的中值拟合因子超过0.90。我们检测残留物在合并后的信噪比$\ge 7$使用贝叶斯因子检测统计阈值为3000。我们可以在合并后信噪比为15时将主合并后频率约束为$\pm_{1.2}^{1.4}\%$，而在合并后信噪比为50时将精度提高到$\pm_{0.2}^{0.3}\%$。潮汐耦合常数可以被限制为$\pm^{9}_{12}\%$在合并后的信噪比为15，和$\pm 5\%$在合并后的信噪比为50使用分层推理模型。
2020-06-08 astro-ph.HE gr-qc
Binary Black-Hole Mergers in Magnetized Disks: Simulations in Full General Relativity
我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，磁流体动力学（GRMHD）模拟的等质量黑洞二进制（BHBH）在磁化，环二进制吸积盘。我们模拟前和后解耦阶段的BHBH磁盘系统和“冷却”和“无冷却”的气体流动。在解耦之前，由于MHD湍流，双星潮汐力矩和有效粘性力矩之间的竞争耗尽了双星轨道内部的盘。然而，它也诱导双流吸积流和温和的相对论极性流出的黑洞。在退耦之后，但在气体填充残骸周围的低密度“空洞”之前，吸积率降低，而在合并之后，由于冲击加热和吸积到旋转的BH残骸上，电磁（EM）光度迅速增强。这项调查，虽然初步的，预览更详细的GRMHD模拟，我们计划在未来的预期，同时检测引力和EM辐射合并BHBH磁盘系统进行。
2012-12-03 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
High-accuracy mass, spin, and recoil predictions of generic black-hole merger remnants
我们提出了准确的适合一般进动二进制黑洞，训练的大银行的数值相对论模拟的剩余属性。我们使用高斯过程回归插值剩余质量，自旋和反冲速度在7维参数空间的进动黑洞二进制的质量比$q\leq2$，和自旋幅度$χ_1,χ_2\leq0.8$。对于旋进系统，我们在估计剩余质量，自旋星等和反冲星等方面的误差比现有的拟合公式低至少一个数量级（在高质量比和自旋的外推区域也有改进）。此外，我们还建立了剩余自旋和反冲方向的模型。直接在旋进模拟上训练，我们的拟合不受旋进量定义的初始频率的模糊性的影响。我们还建立了一个模型的对齐自旋系统的剩余性质的质量比$q\leq8$，和自旋幅度$χ_1,χ_2\leq0.8$。作为副产品，我们还提供了所有拟合量的误差估计，这些误差估计可以一致地纳入当前和未来的引力波参数估计分析中。我们的模型通过一个快速且易于使用的Python模块surfinBH公开提供。
2019-01-10 astro-ph.HE gr-qc
Neutrino Flavor Evolution in Binary Neutron Star Merger Remnants
研究了由一颗大质量中子星和一个吸积盘组成的中子星合并残留物在中微子驱动风中的中微子味演化。与中微子发射特性和流体动力学轮廓的残留物一致提取的三维模拟，我们计算的味道演变考虑到中微子相干前向散射普通物质和中微子本身。我们采用“单轨道”的方法来研究中微子发射位置和角度对味演化的依赖性。我们还表明，味转换合并残留物可以影响（反）中微子吸收率的自由核子，从而可能影响$r$过程核合成风。我们讨论了这种结果对中微子发射特性变化的敏感性，也从不同的中子星合并模拟。
2017-01-12 astro-ph.HE hep-ph
Surrogate models for precessing binary black hole simulations with unequal masses
只有数值相对论模拟才能捕捉到二元黑洞合并的全部复杂性。然而，这些模拟对于诸如参数估计的直接数据分析应用来说过于昂贵。我们提出了两个新的快速和准确的代理模型，这些模拟的输出：第一个模型，NRSur7dq4，预测的引力波形和第二个模型，\RemnantModel，预测的残余黑洞的属性。这些模型将先前的7维非偏心进动模型扩展到更高的质量比，并且已经针对具有质量比$q\leq4$和自旋幅度$χ_1,χ_2 \leq 0.8$以及通用自旋方向的1528个模拟进行了训练。波形模型NRSur 7dq 4在合并前约20个轨道开始，包括所有的$\ell \leq 4$自旋加权球谐模，以及黑洞的进动框架动力学和自旋演化。最后一个黑洞模型\RemnantModel模拟了残余黑洞的质量、自旋和反冲速度。在它们的训练参数范围内，这两个模型被证明比现有模型更准确，至少一个数量级，误差与数值相对论模拟中的估计误差相当。我们还表明，代理模型工作良好，即使外推的训练参数空间范围外，质量比$q=6$。
2019-10-10 astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Remnant of Black Hole-Neutron Star Coalescing Binaries
提出了一个确定具有平行轨道角动量和初始黑洞自旋的黑洞-中子星合并的黑洞残骸的无量纲自旋参数和质量的模型。这种方法是基于双黑洞的Buonanno，Kidder和Lehner方法，并成功地对数值相对论模拟的结果进行了测试：无量纲自旋参数的预测与绝对误差$\lesssim 0.02$，而最终质量的相对误差为$\lesssim 2$ %，其分布在测试中被发音峰值为$1$ %。因此，我们的方法和Foucart（2012）报告的环面残余质量的拟合构成了一个易于使用的分析模型，可以准确描述黑洞-中子星合并的残余。研究了由双星质量比、初始黑洞自旋、中子星质量和状态方程组成的参数空间。我们间接支持了黑洞-中子星合并的黑洞残余的宇宙监督猜想。我们发现中子星的存在影响了黑洞遗迹的准正规模频率，从而表明引力波信号的衰荡时期实际上可以用来（1）区分黑洞-黑洞和黑洞-中子星合并以及（2）约束中子星状态方程。
2013-11-22 astro-ph.HE gr-qc
Nucleosynthesis Constraints on the Explosion Mechanism for Type Ia Supernovae
对Ia型超新星的观测包括与这些热核爆炸有关的特征性核合成的信息。我们认为，从铁组元素和同位素比的观测约束，比较与最现实的最近治疗的电子捕获获得的各种模型。核合成对最高的白矮星中心密度敏感。因此，核合成的产额可以区分高密度的拉塞卡质量模型和低密度的燃烧模型，如白矮星合并。我们讨论了两个球形模型（爆燃和/或延迟爆轰模型）基于新的电子捕获率后处理核合成的新结果。我们还考虑了圆柱形和三维爆炸模型（包括爆燃，延迟爆炸，或暴力合并模型）。虽然在观测约束中存在不确定性，但我们确定了观测和模型中的一些趋势。我们从五个观测到的超新星和三个超新星遗迹的元素和同位素比值的模型进行了新的比较。我们发现，模型和数据往往分为两组。在一组低密度的核心，如在一个3D合并模型是稍微更一致的核合成数据，而另一组是稍微更好地确定与高密度的核心，如在单简并的1D-3D爆燃模型。因此，我们假设，这两种类型的环境似乎几乎同样有助于观察SNIa。我们还注意到，观测约束的产量$^{54}$铬和$^{54}$铁，如果可用的话，可能会被用来作为一种手段，以澄清SNIa爆炸的几何对称性的程度。
2018-08-22 astro-ph.HE
Black Hole Spectroscopy and Tests of General Relativity with GW250114
本研究利用迄今最强引力波信号GW250114，通过分析并合后准正则模式谱，在百分之几至几十精度内验证了广义相对论及黑洞克尔性质，获得迄今最严格的单事件检验。
2025-09-09 astro-ph.HE gr-qc
Multi-Dimensional Solution of Fast Neutrino Conversions in Binary Neutron Star Merger Remnants
中微子的快速成对转换被预测在中子星合并残留物中是普遍存在的，这对比铁重的元素的核合成具有潜在的重大影响。我们提出了第一个复杂的数值解的中微子味以上的残留磁盘内的（2+1+1）维设置：两个空间坐标，一个角度变量，和时间的演变。我们寻找一个稳定状态的风味配置以上的残余磁盘。尽管线性稳定性分析预测了剩余盘上方任何位置的味道不稳定性，但我们在非线性区域的模拟表明，快速的成对转换导致最小的中微子混合（<1%）;在我们的模型中从未达到味道平衡。重要的是，快速中微子转换在（反）中微子退耦表面边缘附近的局部区域内更为突出，而在残余物的极区几乎可以忽略不计。我们对快速成对转换的作用的研究结果应谨慎解释，因为我们的设置和倡导更现实的框架内进一步的工作固有的近似。
2020-11-16 astro-ph.HE hep-ph
Gravitational-wave luminosity of binary neutron stars mergers
利用大样本的数值相对论模拟，在不同的双星参数和输入物理条件下，研究了准圆中子星合并的引力波峰值亮度和辐射能量。所有双星的峰值光度可以用质量比和首阶后牛顿潮汐参数单独描述。导致迅速坍缩成黑洞的并合具有最大的峰值亮度。然而，每单位质量的最大能量是由产生超大质量中子星或大质量中子星残骸的合并辐射的。我们对双中子星合并事件的引力波光度进行了定量分析，并对这些事件的辐射能量和剩余角动量设定了上限。我们发现，有一个经验的普遍关系连接的总引力辐射和角动量的残骸。我们的结果限制了残余黑洞的最终自旋，同时也表明了稳定的中子星残余黑洞具有超开普勒角动量。
2017-12-12 astro-ph.HE gr-qc
Properties of Neutrino-driven Ejecta from the Remnant of Binary Neutron Star Merger : Purely Radiation Hydrodynamics Case
本文采用广义相对论、长期、轴对称的中微子辐射流体力学方法，对由大质量中子星及其周围的圆环组成的中子星合并后的残余物进行了模拟，并以中子星合并的三维数值相对论模拟结果作为初始条件。我们研究中微子驱动的喷出物的性质。由于对湮灭加热，中微子驱动的喷出物的动力学显着修改。喷出物的动能约为没有对湮灭加热时的两倍。这表明，对湮灭加热在合并残留物的演变中起着重要的作用。驱动伽马射线暴所需的相对论性外流没有被观测到，因为由于大质量中子星的中微子驱动的喷出物引起的重子负载，旋转轴周围的比加热率不够高。我们讨论了相对论流出物的发射条件和喷出物中的核合成。
2017-07-17 astro-ph.HE
Presupernova evolution and explosive nucleosynthesis of rotating massive stars in the metallicity range -3 <=[Fe/H]<= 0
我们提出了一个新的大质量恒星前超新星模型网格，其质量范围在13 ~ 120 Msun之间，包括四种金属丰度（即[Fe/H]=0，-1，-2和-3）和三种初始自转速度（即0，150和300 km/s）。爆炸已被模拟以下三个不同的假设，以显示如何依赖于剩余质量的初始质量关系的产量。从H到Bi的扩展网络完全耦合到模型的物理演化。主要结果可归纳如下。a）在太阳金属丰度下，在不旋转的情况下，爆炸为红超巨星（RSG）的最大质量约为17 Msun，所有更大质量的恒星都爆炸为WR星。所有旋转的模型，反之亦然，爆炸为沃尔夫-拉叶（WR）星。b）由旋转引起的不稳定性触发的核心He燃烧和H燃烧壳层之间的相互作用驱动了CNO的所有产物的大量初级量的合成，而不仅仅是N14。其中一小部分极大地富集了He核的辐射部分（并负责大量生产F），一小部分进入对流核，从而导致一个重要的初级中子通量，能够合成重核高达Pb。c）在我们的方案中，对于没有或中等初始旋转速度的所有金属丰度，都预测了由引力波（GW 150914，GW 151226，GW 170104，GW 170814）的第一次探测所推断的残余质量的数量级。
2018-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
A Maximum Entropy Conjecture for Black Hole Mergers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；The University of Mississippi（密西西比大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Northwestern University（西北大学）
该研究提出一个最大熵猜想，认为热力学原理可能指导双黑洞并合最终状态的选择。
2026-01-29 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Neutrino-driven winds from neutron star merger remnants
我们提出了一个详细的，三维流体动力学研究的中微子驱动的风，出现从残留的NS合并。我们的模拟与牛顿，欧拉代码FISH，增强了详细的，光谱中微子泄漏计划，占加热由于中微子吸收在光学薄的条件。与Dessart等人（2009）的二维研究一致，我们发现在合并后的$100$ ms内，沿着原双星旋转轴吹出了一股强重子风。我们计算出一个下限的驱逐质量的$3.5 \times 10^{-3} M_{\odot}$，足够大的重元素核合成有关。不同风区的物理性质差异很大。例如，由于较强的中微子辐射，极地地区的$Y_e$比低纬度地区大得多。这与核合成有关：极地喷出物产生了有趣的r-过程贡献，从$A\sim 80$到大约130，而更富含中子的低纬度部分也产生了在$A\sim 195$附近的第三个r-过程峰。我们还计算了由风中的放射性提供动力的电磁瞬变的特性，除了源于动态喷出物的macronova瞬变。高纬度（极地）地区产生紫外/光学瞬变，亮度可达$10^{41} {\rm erg \, s^{-1}}$，光学亮度在1天左右达到峰值，热光度在0.3天左右达到峰值。低纬度地区，由于受到高不透明度重元素的污染，产生更暗和更多的红色信号，在光学和红外线的$\sim 2$天后达到峰值。我们的数值实验表明，这将是很难推断的崩溃的时间尺度的HMNS BH的风电磁瞬变的基础上，至少崩溃的时间尺度大于风力生产的时间尺度。
2014-05-26 astro-ph.HE
