轻质 r-process 元素在类星体中的红外光谱特征
太阳与恒星天体物理
2025-10-15 v1 高能天体物理现象
摘要
中子星合并是否能够产生从第一到第三峰的所有 r-process 元素是核心问题之一。高丰度的第一峰元素 (原子序数 ) 在太阳组成中占主导地位，这可能意味着它们在类星体中主导 ejecta 质量。我们对此类轻元素进行红外光谱合成建模研究。通过结合最新 NLTE 物理与这些元素的全新辐射和碰撞数据，我们识别出来自 Ge、As、Se、Br、Kr 和 Zr 的多个有前景的诊断线。模型给出自洽的线光度，并指示在早期阶段 (10 天) 探测辐射体积、在晚期阶段 (75 天) 离子质量与电子密度的乘积，以及在某些情况下直接测量离子质量的中间阶段特征。[Se I] 5.03 \mum\ + [Se III] 4.55 \mum\ 的发射可对 AT2017gfo 的 Spitzer 光度数据提供满意的拟合。然而，模型一致显示，在 Kr/Te 和 Se/Te 比率遵循太阳 r-process 模式的情况下，Kr + Se 发射在 AT2017gfo 和 AT2023vfi 两者观察到的 2.1 \mum\ 混合线中占据主导地位。略逊于 [Te III] 的较好光谱拟合可能表明，AT2017gfo 和 AT2023vfi 都具有显著亚太阳水平的轻 r-process 元素产量。另一种情形是 Kr + Se 在非对称的形貌分布中产生该特征。进一步的 JWST 光谱数据，特别是覆盖迄今未观察到的 \mum\ 区域，有望确定类星体的轻 r-process 元素生产情况，特别是轻元素是在缓慢的盘风中还是在快速的原中子流中产生的。我们确定了针对 元素的复合率和碰撞强度的进一步原子数据需求。
引用
@article{arxiv.2510.12410,
title = {Infrared spectral signatures of light r-process elements in kilonovae},
author = {Anders Jerkstrand and Quentin Pognan and Smaranika Banerjee and Nicholas Sterling and Jon Grumer and Niamh Ferguson and Keith Butler and James Gillanders and Stephen Smartt and Kyohei Kawaguchi and Blanka Vilagos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.12410},
year = {2025}
}
备注
Submitted to MNRAS