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处于 β 平衡条件下 GRBs 中微子主导吸积流的含时演化

处于 β 平衡条件下 GRBs 中微子主导吸积流的含时演化. 袁业飞 中国科学技术大学天体物理中心 200 6.4.23, 高能所. 合作者： Agnieszka Janiuk (Copernicus Astronomical Centre ) Rosalba Perna (U. Colorado) Tiziana Di Matteo (CMU). 伽玛射线爆. 短爆和长爆（余辉） 能源： E～10 51 ergs 持续时间：0.1-1000 s 动力学时标： ms. 伽玛射线爆的中心引擎. 中子星－中子星，黑洞－中子星并合

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处于 β 平衡条件下 GRBs 中微子主导吸积流的含时演化

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  1. 处于β平衡条件下GRBs中微子主导吸积流的含时演化处于β平衡条件下GRBs中微子主导吸积流的含时演化 袁业飞 中国科学技术大学天体物理中心 2006.4.23,高能所 合作者： Agnieszka Janiuk (Copernicus Astronomical Centre ) Rosalba Perna (U. Colorado) Tiziana Di Matteo (CMU)

  2. 伽玛射线爆 • 短爆和长爆（余辉） • 能源：E～1051ergs • 持续时间：0.1-1000s • 动力学时标：ms

  3. 伽玛射线爆的中心引擎 • 中子星－中子星，黑洞－中子星并合 Eichler et al 1989; Paczynski 1991; Narayan et al 1992 • Collapsar模型 Woosley 1993; Paczynski 1998; MacFadyen & Woosley 1999; MacFadyen & Woosley & Heger 2001

  4. 伽玛射线爆黑洞超吸积模型思想：中微子主导吸积流（NDAF）伽玛射线爆黑洞超吸积模型思想：中微子主导吸积流（NDAF） • 高吸积率： ～1－10Msun/s • 高温高密 T ～1010-1011 K， ρ ～106-1013g cm-3 光子光厚 • 中微子冷却机制 火球

  5. NDAF产生的天体物理环境 • 中子星－中子星并合：NDAF • 中子星－黑洞并合：NDAF • Collapsars:NDAF 三者都要求并合后形成的黑洞质量小于10M⊙ • 黑洞－白矮星并合：CDAF • 黑洞－氦核并合：CDAF 两者的外半径太大！ Narayan, Piran, & Kumar 2001

  6. NDAF的基本理论框架 Popham, Woosley, & Fryer 1999 • 动力学方程组（Kerr时空背景） （Gammie & Popham 1998; Popham & Gammie 1998） • 连续性方程: • 气体能量方程： • 径向方程: • 角动量守恒方程: • 垂向平衡方程:

  7. 中微子冷却机制 • 正负电子对湮灭 • 核子俘获(URCA过程) • 光解离氦核 Qian & Woosley 1996

  8. 状态方程 • 压强 • 内能 气体压 辐射压 简并压

  9. M=3Msun,Mdot=1Msun/s, alpha=0.1 ADAF Analytic thin disk (SSD) Popham, Woosley, & Fryer 1999

  10. 基本结论 • 中微子光度：3.35x1051ergs/s • 外区：ADAF

  11. 考虑中微子的光深 Di Matteo, Perna, & Narayan 2002 中微子冷却率 状态方程中加入囚禁中微子的贡献

  12. f=qadv/q+ 光深 时标 Di Matteo, Perna, & Narayan 2002

  13. 中微子辐射率 中微子Eddington光度 Di Matteo, Perna, & Narayan 2002

  14. 含时的演化（径向） 质量和角动量守恒方程 Janiuk, Perna, Di Matteo, & Czerny 2004

  15. 3D数值计算 • 伪牛顿势(Kerr时空) Artemova-Bjornsson-Novikov势 （Artemova et al 1996） • 主要结论：热压使得盘膨胀，中微子不可能光厚，辐射有效 (Setiawan, Ruffert, & Janka 2004，2005)

  16. 处于beta平衡下的NDAF 改进的地方： • β平衡： • 任意温度下的Fermi-Dirac统计 • 精确的中微子辐射率 Janiuk,Yuan, Perna，& Di Matteo2005，2006

  17. Yuan 2005, Phys. Rev. D

  18. 存在解析平衡条件的优点： 核子非简并： 另外： Yuan 2005, Phys. Rev. D

  19. β平衡条件 • 中微子囚禁时严格的化学平衡条件： • 中微子透明时，冷的npe-气体近似的 平衡条件： • 中微子透明时，热的npe-e+气体近似的 平衡条件： • 中微子不透明时，热的npe-e+气体近似的 平衡条件 ：

  20. 状态方程

  21. 电子丰度

  22. 稳衡态条件下的解

  23. 电子丰度

  24. NDAF的含时演化

  25. 积分光度

  26. Local吸积率

  27. 主要结论 • 高吸积率情形下，盘的内区变得不稳定 • 不稳定的因素：氦形成和解离 • 内激波（Internal Shock）形成的机制？

  28. 谢谢！

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