伽玛射线暴和潮汐瓦解事件的中心引擎类比研究

The nature of the central engine of gamma-ray bursts (GRBs) has been one of the main puzzles of astrophysics, which is widely believed to be related to the merger of two neutron stars, the merger of neutron star and black hole, or the collapse of a supermassive star. All of these scenarios involve a system of black hole accretion disk. The observations of Swift and Fermi challenge the understanding of GRB central engine: the activity of the accretion process may be much longer; the jet may be launched magnetically. Recently, the X-ray transient source Sw J1644+57 discovered by Swift is believed to be a tidal disruption event candidate (TDE, tidal disruption of a star by a supermassive black hole), which also involves black hole accretion and jet production. In this project, we intend to: do a comparative study of the central engines in GRBs and TDEs; find the hiding TDEs in GRB samples; study the multi-messenger signal from GRBs and TDEs. These studies may be helpful for understanding the physics of the GRB central engine.

伽玛射线暴中心引擎的物理机制仍然是个谜，普遍认为它与双中子星合并、中子星-黑洞合并或大质量恒星塌缩有关，黑洞吸积盘成为可能的中心引擎模型。Swift和Fermi的观测对中心引擎提出了新的限制，比如中心引擎活动时标更长、喷流可能是磁主导的，这就要求我们对黑洞吸积和喷流产生过程进行更深入的研究。最近，Swift卫星探测到一超大质量黑洞潮汐瓦解恒星事件的候选体Sw J1644+57，该类事件正好成为研究黑洞吸积和喷流产生物理的实验室。本项目将二者结合起来研究，内容包括：伽玛暴与潮汐瓦解事件中心引擎物理过程的研究与类比；从伽玛暴样本中寻找隐藏的潮汐瓦解事件；伽玛暴和潮汐瓦解事件中的多信使信号的研究。这些研究有助于我们理解伽玛暴的起源以及中心引擎的物理机制。

本项目对伽玛暴和潮汐瓦解事件的中心引擎进行了深入研究，取得了如下成果：1）得到非零力矩边界条件下的中微子主导吸积流（NDAF）的解，得到中心引擎参数随时间变演化特征； 2）提出通过喷流洛伦兹因子与修正喷流功率相关性，以及洛伦兹因子与最小光变时标的相关性来检验伽玛暴中心引擎的方法，表明Blandford-Znajek过程可能是驱动伽玛暴喷流的主要机制；3）找到由超临界质量磁星减速塌缩形成的新生黑洞活动的信号；4）通过统计分析确认超长暴这一新分类，并指出超长暴GRB111209A及其超新星SN2011kl的中心引擎可能是黑洞回落吸积； 5）发现第一个具有相对论性喷流但偏离视线的潮汐瓦解事件候选体IGR J12580+0134； 6）中子星-中子星或中子星-黑洞并合是重要引力波源，其并合产物可能是黑洞，我们指出黑洞吸积盘驱动的盘风能力注入并合抛射物，能产生非常亮的merger-nova辐射。