中子星并合的放射性 $\gamma$ 射线辐射

2017年8月17日发现了中子星并合产生的引力波与电磁辐射。对光学暂现源的多波段观测已确认其亮度与光谱特征在总体上与理论预言一致。根据理论模型，中子星并合的光学辐射源自并合抛射物中新合成的不稳定核素的放射性衰变。由于亚相对论性膨胀，约一天后抛射物从光学厚状态转变为光学薄状态。因此，我们预期在并合后约一天，放射性衰变产生的 $\gamma$ 射线光子开始从抛射物中逃逸，使其在 MeV 波段变亮。本文研究中子星并合放射性 $\gamma$ 射线辐射的特征，包括亮度与光谱，并讨论该 $\gamma$ 射线辐射的可观测性。我们发现超过 $95\%$ 的辐射 $\gamma$ 射线能量由 $0.2$-$4$ MeV 的光子携带，其光谱由核合成过程与抛射物的亚相对论性膨胀共同塑造。在有利条件下，$\gamma$ 射线光谱中可出现显著的正负电子湮灭线，其能量流约为总量的 $3$-$5\%$。对于类似 GW170817 的并合事件，$\gamma$ 射线辐射在并合后 $\approx 1.2$ 天达到峰值光度 $\approx 2\times 10^{41}$ erg s$^{-1}$，并在约两天内衰减一半。若此类源发生在距离 $\leq 12$ Mpc 处，将被 Satellite-ETCC 探测到。