千新星光谱中 r-过程元素的谱征
高能天体物理现象
2021-06-02 v1 太阳与恒星天体物理
摘要
双中子星（NS）并合被预期会合成 r-过程元素并辐射出放射性供能的辐射，称为千新星。尽管 r-过程核合成已由 GW170817/AT2017gfo 的观测所确认，除锶之外尚未识别出任何单个元素的踪迹。在本文中，我们针对 NS 并合抛射物执行束缚-束缚跃迁线强度和辐射转移模拟的系统性计算，以朝向千新星光谱中的元素识别。我们发现 Sr II 三重线出现于贫镧系元素模型的光谱中，这与 GW170817/AT2017gfo 中观测到的吸收特征一致。合成光谱也显示出强 Ca II 三重线。这是自然的，因为 Ca 和 Sr 在具有相对较高电子分数的物质中共同产生，且它们的离子具有相似的原子结构，最外壳仅有一个 s 电子。然而，线强度高度依赖于抛射物中的丰度分布和温度。对于我们的富镧系元素模型，光谱显示出双电离重元素（如 Ce、Tb 和 Th）的特征。我们的结果表明 GW170817/AT2017gfo 的成线区域是贫镧系元素的。我们展示 Sr II 和 Ca II 线可用作 NS 并合抛射物中物理条件的探针。GW170817/AT2017gfo 中 Ca II 线特征的缺失意味着 Ca/Sr 比（质量分数）小于 0.002，这与电子分数 ≥ 0.40 且每核子熵（以玻尔兹曼常数为单位）≥ 25 的核合成一致。
引用
@article{arxiv.2103.15284,
title = {Signatures of r-process elements in kilonova spectra},
author = {Nanae Domoto and Masaomi Tanaka and Shinya Wanajo and Kyohei Kawaguchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.15284},
year = {2021}
}
备注
16 pages, 14 figures, accepted for publication in ApJ