双中子星并合的相关物理研究

A considerable fraction of massive stars were born in binaries and double neutron star systems can be formed as a result of the stellar revolution. So far ten neutron star binary systems have been detected in the Galaxy. Due to the significant angular mometum loss via gravitational wave radiation, double neutron stars in some binary systems will merger with each other and generate short Gamma-ray Bursts or other kinds of violent explosions. We are going to study the physics relevant to the double neutron star mergers, including (1) identifying the nature of the central remnant, either a highly magnetized neutron star or a stellar black hole; (2) constraining the maximum gravitational mass of the non-rotating neutron star; (3) looking for signature of strong gravitational wave radiation of the nascent central remnant in the electromagnetic radiation data; (4) proposing new electromagnetic radiation model(s).

由于大质量恒星很多诞生在双星系统中，演化的结果之一是形成双中子星系统。目前银河系中已经观测到10个那样的系统。一些系统的角动量会被引力波辐射带走，最后双中子星将会碰撞在一起产生短伽玛暴等激烈的爆发性事件。本项目将研究双中子星并合过程的相关物理，重点包括甄别合并后产生的致密天体的具体形式（磁化中子星或黑洞）、限定慢转中子星的最大质量、证认新诞生的致密天体的引力波辐射迹象、提出新的电磁辐射模型、寻找快变射电暴与短伽玛暴的可能联系等。

我们系统分析了一些短伽玛暴的数据，寻找千新星(kilonova)的辐射信号，共发现了三个千新星的候选体。首次在长短暴GRB 060614中发现了千新星信号，确认长短暴本质上是短暴，起源于致密星并合并首次得到了千新星的多波段光变曲线，该光变曲线跟GRB 170817A中发现的千新星的光变曲线非常一致。另外在短伽玛暴GRB050709 (人类第一个观测到光学对应体的短暴)和GRB070809中也发现了千新星的信号。我们对首例双中子星并合引力波事件GW170817及其电磁对应体进行了详细的研究。中国南极天文合作团队利用正在南极昆仑站运行的第二台南极巡天望远镜AST3-2，对该引力波源所在的宿主星系开展了密集观测，成功探测到了该引力波对应的光学辐射。我们用结构化喷流的偏轴观测模型较好地解释了GRB170817A的瞬时辐射及余辉辐射的观测特征，并证明了双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素（包括金、银以及镧系元素等）的起源。我们利用天文观测数据对物理学的一些基本假设进行了高精度的检验，包括检验弱等效原理，限制洛伦兹不变性破缺及限制光子静止质量上限等，跟之前的结果相比检验精度有了很大提高。我们还提出了双中子星并合产生快速射电暴的机制。