中子星上两次热核壳层闪爆产生的相对论性外流

我们研究了利用 RXTE 在中子星 4U 0614+09 和 2S 0918-549 上观测到的两个中等持续时间热核 X 射线暴的异常短暂（32-41 ms）前驱信号。它们表现出的光子通量超过了爆发后期爱丁顿极限通量的 2.6 至 3.1 倍。我们能够通过中子星热核壳层闪爆后产生的 0.1$c$ 至 0.3$c$ 的 mildly 相对论性外流速度，来解释这种短暂持续时间和超爱丁顿通量。这是从未在任何热核闪爆中测量到的最高速度。前驱信号的上升时间也异常短暂：约为 1 ms。这与核火焰作为缓燃（deflagrations）横向传播的预测不一致，而暗示了爆轰（detonations）。这是首次建议在如此浅的点火柱深度（$y_{\rm ign}$ = 10$^{10}$ g cm$^{-2}$）下发生爆轰。爆轰可能需要更快的核反应链，例如之前提出的通过更快的 $^{12}$C(p,$\gamma$)$^{13}$N($\alpha$,p)$^{16}$O 过程绕过 $^{12}$C 的$\alpha$俘获。我们通过使用大型核网络并在适当的点火深度模拟核燃烧，确认了爆轰的可能性（尽管仅在径向方向），尽管 Zel'dovich 判据是否得到满足仍有待观察。爆轰还将提供快速的火焰表面传播，从而实现短暂的上升时间。(...) 作为爆轰情景的替代方案，我们推测整个中子星表面可能在自点火机制下几乎瞬间燃烧。这一推测的动机来自于在低点火柱深度（~10$^8$ g cm$^{-2}$）下，4U 1820-30 的一些超膨胀爆发中存在具有 30 ms 上升时间的 150 ms 前驱信号。