伽玛射线暴的中微子主导吸积流模型研究

中微子主导吸积流（简称NDAF）模型是伽玛射线暴中心能源机制的主流模型之一。区别于经典吸积盘以光子辐射为主，NDAF几乎将光子完全囚禁，仅有中微子从盘上辐射出来，并在盘外空间湮灭，为伽玛射线暴提供能量。通过本项目的研究，我们希望能够从以下几个方面对NDAF有更深入的认识：（1）考虑严格的相对论效应和详细准确的中微子物理，求解Kerr度规下NDAF的整体解，得到较详细的中微子辐射和吸积盘结构；（2）在整体解基础上，求解不同激波条件下的NDAF模型；（3）求解含有环向磁场结构的NDAF局域解和整体解，研究盘的结构、光度和稳定性问题；（4）结合具体的观测，利用NDAF模型和吸积盘动力学机制解释短时标伽玛射线暴的暴前辐射和X射线耀发现象及其统计规律。运用考虑垂向结构的含磁场NDAF模型解释长时标的X射线耀发现象。

通常认为伽玛射线暴起源于双致密天体（黑洞与中子星或双中子星）并合或大质量恒星塌缩。无论何种起源，都可能形成围绕恒星级转动黑洞的中微子主导吸积流。该吸积盘以中微子辐射为主要的冷却机制，通过中微子湮灭为伽玛射线暴提供能量，其高吸积率决定了中心黑洞的剧烈演化。本项目针对中微子主导吸积流模型展开研究，内容主要包括：（1）考虑严格的相对论效应、比之前工作更为细致严谨的中微子物理和核合成过程，求解Kerr度规下NDAF的整体解，得到较详细的中微子辐射和吸积盘结构；（2）我们在球坐标下研究了NDAF的垂向结构，结论发现NDAF是几何厚盘，不同区域的伯努利数和中微子禁闭取决于吸积率和粘滞系数。此外，我们还引入核统计平衡关系，发现重元素产生于盘表面附近，其质量丰度取决于吸积率和温度、密度的垂向分布。对应低吸积率的情形，上述区域内会产生大量的镍56，这可能解释超新星光学光变中的鼓包。最后，我们在柱坐标下研究了自引力对NDAF结构和光度的影响。（3）我们研究了径向角动量转移和磁场开关对短暴中心引擎的效应，用于解释短暴的延展辐射；（4）我们还研究了作为GRB能源机制的黑洞与NDAF系统中喷流进动过程所释放的引力波辐射。对比理论结果，我们发现在本星系群中发生的GRB可以被DECIGO和BBO探测到；（5）我们认为GRB 130925A中一系列X射线耀发的起源和演化，及每个耀发本身的光变和能谱特征可能起源于黑洞与NDAF系统的进动过程。据此，我们可以估计出GRB 130925A的中心是一个快速旋转的恒星级黑洞。另外，我们还对GRB 121027A的X射线鼓包中的几段光变进行周期分析，发现5300秒到6100秒中存在约86秒的周期行为，这同样可能与喷流进动有关。