[论文解读] Evidence for a dual population of neutron star mergers from short Gamma-Ray Burst observations

K. Siellez, M. Boër+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用 10

一句话总结

该论文提供了中子星并合存在双重族群的证据，提出一种较暗、较近的短伽马射线暴（sGRBs）子群起源于球状星团中通过动力学形成之中子星-黑洞（NSBH）双星系统。由于吸积盘处于主导吸积状态，这些系统产生的电磁辐射较弱，无法被当前的空间伽马射线暴探测器探测到，但预计可通过先进LIGO和Virgo探测到引力波，从而为球状星团中黑洞质量函数提供可检验的预测。

ABSTRACT

Short duration Gamma-Ray Bursts are thought to originate from the coalescence of neutron stars in binary systems. They are detected as a brief ($

研究动机与目标

• 解释标准场双星并合模型无法解释的暗淡、近距短伽马射线暴（sGRBs）观测群体。
• 研究这些暗淡sGRBs的起源，并提出一种涉及致密星场环境中动力学相互作用的替代形成机制。
• 检验NSBH并合中主导吸积盘是否可解释这些源的低电磁光度。
• 预测此类NSBH并合通过先进LIGO和Virgo引力波观测的可探测性。
• 探索引力波探测在约束球状星团中黑洞质量函数方面的潜力。

提出的方法

• 模拟了场中子星-中子星（NSNS）并合群体作为对比基准。
• 引入了在球状星团中通过动力学形成之第二类中子星-黑洞（NSBH）并合群体，其光度因主导吸积盘效应而降低10倍。
• 使用红移限制（z < 0.3）来模拟Swift及其他空间探测器对sGRB可探测性的阈值。
• 将模拟的sGRB光度与红移分布与文献资料及HEASARC档案中的观测数据进行比较。
• 利用ALV（先进LIGO和Virgo）灵敏度曲线及视界/量程距离评估NSBH并合的引力波可探测性。
• 评估双族群模型与观测sGRB数据的统计一致性，特别是银河系及邻近区域未被探测到的原因。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何一些短伽马射线暴本身暗淡且靠近，其成因无法用标准场双星并合模型解释？
• RQ2 中子星-黑洞并合中的主导吸积盘是否可解释这些暗淡sGRBs的低电磁光度？
• RQ3 在球状星团中通过动力学形成的NSBH并合对整体sGRB群体的贡献如何？
• RQ4 先进LIGO和Virgo的引力波观测如何区分场起源与动力学形成的致密双星并合？
• RQ5 若探测到与NSBH引力波信号共事的sGRB，能否约束球状星团中的黑洞质量函数？

主要发现

• 观测到的暗淡、近距短伽马射线暴群体与单一的场NSNS并合群体不一致，需引入额外成分。
• 在球状星团中通过动力学形成的第二类NSBH并合群体，因主导吸积盘效应导致电磁光度降低10倍，能很好地拟合观测到的sGRB数据。
• 银河系及邻近区域未被探测到的原因是体积小与喷流束状效应，而非仅因本身暗淡。
• NSBH并合是比NSNS并合更强的引力波辐射体，预计可通过先进LIGO和Virgo在约900 Mpc（视界距离）或400 Mpc（量程距离）内探测到。
• 若ALV探测到的NSBH并合率与球状星团形成机制一致，将证实该假说，并可推导出这些环境中的黑洞质量函数。
• 若探测到与NSBH引力波信号共事的sGRB，将为该双重族群模型提供决定性证据。