超新星中微子诱导的 γ 射线辐射

在核坍缩超新星爆发期间，原中子星发射出的反电子中微子被氢包层中的质子吸收，产生中子和正电子。中子被质子俘获与正电子湮灭随后分别产生 2.22 MeV 和 0.511 MeV 的 γ 射线。我们计算了具有 11 倍太阳质量前身星的超新星所产生的这些 γ 射线的预期流量。来自质子俘获中子的 γ 射线流量以 564 s 的时间标度呈指数衰减，该时间标度由中子衰变、中子被质子俘获以及被 3He 核俘获所决定。对于距离为 1 kpc 的超新星，其峰值流量为 2.38×10^{-7}/cm^2/s。相比之下，来自正电子湮灭的 γ 射线流量遵循反电子中微子光度的时域演化，并持续约 10 s。在这种情况下，对于距离为 1 kpc 的超新星，峰值流量为 6.8×10^{-5}/cm^2/s。探测上述 γ 射线流量超出了当前仪器的能力，甚至可能也超出了不久的将来所计划仪器的能力。然而，如果能够探测到此类流量，它们不仅构成了在超新星中微子信号与光学表现之间数小时间隙内出现的一种新信号，还可能为探测超新星前身星表层条件提供有用的探针。