作为超高能宇宙射线源的双星并合
高能天体物理现象
2024-01-30 v3 广义相对论与量子宇宙学
摘要
双星并合是已知的引力波（GWs）源，包含黑洞（BHs）与中子星（NSs）的组合。在此我们表明，当黑洞嵌入大于约 G 的磁场（）中时，在其事件视界附近碰撞的带电粒子可轻易具有超高能范围（ eV）的质心能量并逃逸。这种 B 嵌入与高能粒子可发生于 BH-NS 双星中，甚至发生于其中一个 BH 带电（电荷质量比小至 ，不改变 GW 波形）并具有残余吸积盘的 BH-BH 双星中。当 G 时，基本上对黑洞的任何旋转参数都会出现超高能粒子碰撞的质心能量，意味着这应是双星中的普遍现象，尤其在 BH-NS 双星中，由于 NS 磁层自然存在作用于 BH 的 与带电粒子而更为常见。我们估计在 BH-BH 与 BH-NS 双星并合前可发生多达数百万次超高能质心碰撞。因此，双星并合也可作为超高能宇宙射线（UHECRs）的高效源，若与 GWs 一同探测到 UHECRs，则有可能对 NS/BH 参数进行约束。
引用
@article{arxiv.2307.06200,
title = {Binary coalescences as sources of Ultra-High Energy Cosmic Rays},
author = {Jonas P. Pereira and Carlos H. Coimbra-Araújo and Rita C. dos Anjos and Jaziel G. Coelho},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.06200},
year = {2024}
}
备注
5 pages plus Supplemental Material (as appendices). Text improvements to address the referees' comments (explicit expression for the maximum energy of particles, discussion about numerical relativity impact on cosmic ray properties from binaries, further explanation about the figures). Accepted for publication in Phys. Rev. Lett