黑洞系统中质子-质子相互作用引发的伽马射线光谱的自洽计算

在黑洞盘的内侧区域，具有相对性质子可以与周围物质发生相互作用，以产生电子、正电子和 $\gamma$-射线。我们自洽地计算了结果稳态电子和正电子粒子分布，考虑了库仑冷却、Compton 冷却、$e^-e^+$ 成对产生（由于 $\gamma-\gamma$ 湮灭）以及成对湮灭。而前人的工作采用扩散近似求得粒子分布，本文解一个更为一般的积分-微分方程，正确地考虑了 leptons 在散射硬 X 射线时粒子能量发生的大幅变化。因此，该形式化方法也可适用于黑洞系统的硬状态，其中主导的周围光子为硬 X 射线。计算得到相应的光子能量光谱，并与黑洞双星在不同光谱状态下的宽带数据进行比较。结果表明，软光谱状态和硬光谱状态的 $\gamma$-射线光谱（$E > 0.8$ MeV）以及整个硬 X 射线/$\gamma$-射线光谱都可能源于 $p-p$ 相互作用。这些结果与假设这些系统中始终存在一种由于 $p-p$ 相互作用引起的 $\gamma$-射线光谱成分，其可贡献总体辐射功率的 0.5% 到 10% 的结论一致。该模型预言，{\it GLAST} 能够探测黑洞双星，并提供关于非热质子存在的证据，这进一步可为这些系统中能量耗散过程和喷流形成提供洞察。