致密双星并合抛射物的综合核合成分析

我们首次对致密双星并合（CBMs）及其遗留黑洞（BH）- 吸积盘系统中的 r-过程元素核合成进行了综合研究。利用包含粘滞效应、旋转黑洞的伪牛顿引力以及用于电子中微子和反中微子输运的能量依赖双矩闭合方案的牛顿流体动力学代码，模拟了 BH-吸积盘数秒的演化。所研究的案例由相对论性双中子星（NS-NS）和 NS-BH 并合模型指导，产生了质量约为 3-6 Msun、旋转参数 A~0.8 的黑洞，以及质量为 0.03-0.3 Msun 的吸积盘。我们的核合成分析涵盖了 CBM 阶段抛出的动力学（瞬时）抛射物，以及遗留 BH-吸积盘系统的中微子驱动和粘滞驱动外流。虽然通常约有 20-25% 的初始吸积盘质量因粘滞驱动外流而损失，但中微子驱动风的贡献最多仅为另外约 1%，不过中微子加热显著增强了粘滞抛射物。由于 BH-吸积盘抛射物具有广泛的电子分数（0.1-0.6）和熵分布，它们产生了从 A~80 到锕系元素的重元素，其中 A>130 核素的相对贡献处于次要地位，且敏感地依赖于黑洞和吸积盘的质量以及剪切粘滞的确切处理方式。CBM 阶段和 BH-吸积盘阶段的综合抛射物能够极好地重现 A>90 的太阳丰度。吸积盘抛射物贡献的变化可能解释了观测到的较轻元素（40<Z<56）相对于较重元素的变化，而瞬时抛射物相对于吸积盘抛射物的显著减少（例如在高度不对称的 NS-BH 并合中）可能解释了缺重元素恒星的成分。