超相对论膨胀壳层的扩散：在伽马射线暴中的应用

在伽马射线暴（GRBs）源处产生的光厚能量主导等离子体径向加速膨胀，并在实验室参考系中形成宽度恒定的壳层。当壳层内存在强烈的洛伦兹因子梯度时，据推测其在足够大的半径处会发生扩散。扩散机制有两种可能：流体力学机制和热机制。我们考虑了这两种机制，评估了膨胀壳层在变得对光子透明之前的膨胀过程中发生的扩散量。我们计算了超相对论膨胀壳层的流体力学扩散。对于热扩散，我们计算了速度扩散作为两个参数的函数：共动温度和相对论麦克斯韦分布的体洛伦兹因子。基于此结果，我们确定了相对论膨胀壳层的热扩散值。我们发现，对于典型的 GRB 参数，热扩散可以忽略不计。相反，流体力学扩散显得显著，对于总能量 $E=10^{54}$ erg 和重子负载 $B=10^{-2}$，壳层宽度可达 $\sim10^{10}$ cm。在火球壳层模型（fireshell model）中，这种扩散将导致固有伽马射线暴的持续时间长达数秒。