伽马射线暴中的辐射介导激波：正负电子对产生

光球下的激波耗散是产生瞬时伽马射线暴（GRB）辐射的主要提议机制之一。此类激波由辐射散射介导。我们引入了一个时间相关的狭义相对论代码，该代码将蒙特卡罗辐射转移与流体力学动态耦合。该代码还自洽地实现了电子-正电子对的产生与湮灭。我们模拟了与GRB相关的激波，并研究了稳态解，这些解在喷流光球深处是准确的。激波通过一阶Fermi机制产生幂律光子谱，从典型的上游光子能量向上延伸。强激波（其下游压力远大于上游压力）具有上升的 $\nu F_\nu$ 激波谱。对于非相对论性激波，该谱向上延伸至 $\epsilon_{max} \equiv E_{max}/m_e c^2 \sim v^2$，其中 $m_e$ 是电子静止质量，$v$ 是上下游之间的相对速度，以光速 $c$ 为单位。对于中等相对论性激波，由于Klein-Nishina效应，幂律在 $\epsilon \gtrsim 10^{-1}$ 处变软，而具有 $v\gamma \gtrsim 1$（其中 $\gamma \equiv (1-v^2)^{-1/2}$）的激波会产生电子-正电子对。作为一个例子，一个具有 $v\gamma = 3$ 且光子与质子比 $n_\gamma/n_p = 2 \times 10^5$ 的强激波，其峰值对与质子比为 $Z_\pm \approx 225$。在稳态激波中，对的主要影响是将其空间宽度减小约 $Z_\pm$ 倍。激波后的谱在下游热化。在不存在发射和吸收过程的情况下，激波后方光学深度为 $\tau \gg \theta_d^{-1}$ 处达到温度为 $\theta_d \equiv kT_d/m_e c^2 \approx \epsilon_d/3$ 的动力学平衡，其中 $\epsilon_d$ 是平均下游光子能量。