来自短伽马射线暴 GRB 170817A 的启示——双中子星合并的首次引力波探测

人们长久以来期待首次探测到来自双中子星 (NS-NS) 系统合并的引力波 (GW) 信号，这一目标终于实现 (GW 170817)，并伴随有电磁对应体——短伽马射线暴 GRB 170817A。它发生在邻近 ($D\approx40\;$Mpc) 的椭圆星系 NGC 4993 中，在事件发生半天至数周后显示出光学、红外和紫外辐射，以及晚期 X 射线 ($\geq 8.9\;$天) 和射电 ($\geq 16.4\;$天) 辐射。引力波合并啁啾信号与瞬时伽马射线暴辐射起始之间存在 $\Delta t \approx 1.74\;$s 的延迟，并且根据引力波信号，设定了相对于喷流对称轴的观测角上限 $\theta_{\rm obs}<28^\circ$。在本文中，我们考察了这些开创性观测的部分推论。对于具有锐利边缘且角度 $\theta_0<\theta_{\rm obs}$ 的喷流，延迟 $\Delta t$ 设定了瞬时伽马射线暴辐射半径的上限 $R_\gamma\lesssim 2c\Delta t/(\theta_{\rm obs}-\theta_0)^2$。GRB 170817A 相对较低的各向同性等效 $\gamma$ 射线能量输出可能表明观测角略大于喷流的锐利边缘，即 $\theta_{\rm{}obs}-\theta_0\sim(0.05-0.1)(\Gamma/100)^{-1}$，但其峰值 $\nu{}F_\nu$ 光子能量和余辉辐射却表明喷流没有锐利边缘，且瞬时辐射由沿我们视线方向 ($\theta_{\rm{}obs}\gtrsim 2\theta_0$) 能量较低的物质主导。最后，我们考虑了 NS-NS 合并产生的遗迹类型，发现寿命相对较长 ($>2\;$s) 的大质量中子星被强烈排除，而寿命 $\sim1\;$s 的超大质量中子星似乎比直接形成黑洞更受青睐。