γ射线暴的中心能源机制:黑洞的中微子主导吸积流模型

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本文综述了GRBs到目前为止所取得的观测和理论成果,并介绍了本人在攻读博士学位期间对超吸积模型之一—中微子主导吸积流(neutrino—dominated accretion flow,本文统一简记为NDAF)模型的研究成果。本文包括三部分:综述部分(第一章),工作部分(第二章到第四章)和研究展望部分(第五章)。 第一章介绍了黑洞的分类和形成;对黑洞吸积理论的发展和现状做了简要论述,并介绍了四种重要的吸积模型,即 SSD,SLE盘,Slim盘和ADAF。阐述了关于GRBs的观测和理论研究,以及多种可能提供 GRBs中心能源的模型。 在第二章中,明确指出在黑洞吸积中,应用牛顿势是不恰当的,必须考虑广义相对论效应;中微子光厚区域的中微子辐射是重要的,不可忽略;在中微子光厚区域,径移不一定比中微子冷却更重要,因为径移因子与几何厚度的相关性远高于光学厚度。 在第三章中,计算了基于电子丰度、自由粒子丰度和电子简并的中微子光深,并建立了适用于不同光深的电子丰度桥梁公式,给出了自由质子丰度和自由中子丰度的精确定义。考虑电子简并的影响,使得中微子的吸收光深增大,加剧中子化过程,电子丰度在内区降到低于0.1。虽然计算得到的中微子湮灭光度低于简化电子简并和电子丰度取0.5的情况,但是仍能满足GRBs所需,中微子主要从内区发射出来,在空间湮灭的分布是各向异性的。 在第四章中,首先指出对于黑洞吸积盘,如果在垂向平衡中精确地考虑引力作用,那么适用于几何薄盘的关系cS/ΩκH=constant(其中cS指声速,Ωκ表示开普勒角速度,H是吸积盘的半厚度)对于厚盘将不再成立。然后,通过精确地计算垂向平衡中的引力,建立了黑洞周围三类光学厚盘,即SSDs,Slim盘和 NDAFs的统一描述,发现对于每个半径,NDAFs存在最高和最低的可能吸积率,这一结论可以为解释观测上GRBs的X射线耀发现象提供一种思路。 在第五章中,介绍了一些将要进行的研究设想。首先,我计划研究致密双星系统,通过内外拉格朗日点的物质流来分别解释GRBs和X射线耀发。另外,我计划研究比较困难且几乎尚无人触及的NDAFs的中微子转移问题。
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