核心概念
GW170817 中子星併合事件後的非熱輻射可以用錐形徑向分層外向流模型來解釋,該外向流的初始洛倫茲因子≲10,而非傳統認為的高相對論性噴流。
摘要
本文探討了 GW170817 中子星併合事件後觀測到的非熱輻射現象。作者挑戰了傳統上以高相對論性噴流解釋觀測結果的模型,並提出了一種新的解釋:錐形徑向分層外向流模型。
傳統模型的困境
傳統模型認為,觀測到的非熱輻射來自於高相對論性噴流,其洛倫茲因子約為 100。然而,此模型在解釋觀測到的光曲線和輻射中心運動時遇到了一些困難:
- 光曲線上升階段: 傳統模型預測的光曲線上升速度比實際觀測到的要快。
- 峰值後下降階段: 傳統模型預測的峰值後下降速度也比實際觀測到的要快。
- 觀測角度: 傳統模型要求觀測角度必須比噴流的張角大得多,才能解釋觀測到的光曲線上升階段。
新的解釋:錐形徑向分層外向流模型
作者提出,觀測到的非熱輻射可以通過錐形徑向分層外向流模型來更好地解釋。該模型具有以下特點:
- 初始洛倫茲因子較低: 模型中的外向流初始洛倫茲因子≲10,遠低於傳統模型中的高相對論性噴流。
- 徑向分層結構: 外向流的能量和物質分佈呈現徑向分層的結構,這決定了能量注入星際介質的速率,進而影響光曲線的形狀。
模型的優勢
與傳統模型相比,錐形徑向分層外向流模型具有以下優勢:
- 光曲線上升階段: 模型預測的光曲線上升速度與觀測結果更加吻合。
- 峰值後下降階段: 模型預測的峰值後下降速度也與觀測結果更加吻合。
- 觀測角度: 模型不要求觀測角度必須比外向流的張角大得多,即可解釋觀測到的光曲線上升階段。
結論
作者的研究表明,GW170817 中子星併合事件後的非熱輻射現象可以用錐形徑向分層外向流模型來解釋,該模型的初始洛倫茲因子≲10。雖然數據並不需要一個高相對論性(훾≈100)的組成部分,但不能排除存在這樣一個張角≪0.2 rad、能量≪1051 erg 的組成部分。
統計資料
噴流模型的洛倫茲因子約為 100。
stratified outflow 模型的洛倫茲因子為 ≲10。
觀測到的電漿在 10 天時洛倫茲因子 > 2.6,在 16 天後 < 12。
푛· 휀퐵≲3 × 10−7cm−3。
最符合觀測結果的模型參數為:{k, 훾c, n, Mc, 휀e, 휀B, p, θopen, θv} = {4.8, 6, 5 × 10−4cm−3, 9 × 10−3M⊙, 0.1, 2 × 10−5, 2.17, 10◦, 16◦}。
引述
"The moderate 퐹ν ∝ 푡0.9 flux rise is inconsistent with that predicted for an ultra-relativistic jet with a uniform distribution of energy per solid angle ("top-hat") observed off-axis."
"Our analysis demonstrates that the data do not require a highly relativistic 훾≈100 component, but the presence of such a component with opening angle ≪0.2 rad and energy ≪1051 erg cannot be excluded."