球状膨胀源中的强子超临界现象：在伽马射线暴瞬时辐射中的应用

相对论性强子等离子体在特定条件下可变为超临界的，通过光子爆发突然且高效地释放储存在质子中的能量。以往研究试图将此类强子超临界现象（HSC）的特征与伽马射线暴（GRB）瞬时辐射的现象学联系起来。本工作中，我们首次研究绝热膨胀源中的 HSC。我们考察触发 HSC 所需的条件，研究膨胀速度的作用，并讨论我们的结果与 GRB 瞬时辐射的关系。我们发现来自缓慢膨胀区域（$u_{\rm exp}\lesssim 0.01 c)$ 的多脉冲光变曲线是 HSC 自然准周期性的表现，而在较高速度下则发现具有快上升和慢衰减的单脉冲光变曲线。光子谱的形成由源内电磁级联主导。假设喷流洛伦兹因子为 100，对于最大质子能量 $\sim 1-10$ PeV（$1-10$ EeV），峰值光子能量为 $\sim 1$ MeV（$\sim 1$ GeV）。峰值 $\gamma$ 射线光度在 $10^{49}-10^{52}$ erg s$^{-1}$ 范围内，其中 MeV 峰值谱比其 GeV 峰值对应物亮约 $100-300$ 倍。在 MeV 处峰值的 HSC 暴同时也是丰富的 $\sim 10$ TeV 中微子发射体，全味系流感通量约为 $\gamma$ 射线通量的 $10\%$。典型的长持续时间 GRB 由 HSC 提供能量的假说可在不久的将来用更灵敏的中微子望远镜（如 IceCube-Gen2）进行检验。