二进制中子星合并中的超高能宇宙射线产生

在先前认为二进制中子星合并是超高能宇宙射线（UHECR）的主要来源后，本文利用高度受约束的初始条件，对各种原子核的截断能量进行量化预测。UHECR 中重于氦的核在喷流外部的磁化湍流流体中加速至刚性 $\mathcal{R}_{\rm cut} \equiv E_{\rm cut}/eZ \approx 6-9$ 电子伏特，与从数据拟合得到的测量值 $\mathcal{R}_{\rm cut} = 6.3^{+6.3}_{-2.3}\,$EV 一致。这一一致性进一步加强了 BNS 合并是 UHECR 主要产生场的论点。喷流可能将质子和/或氦加速至约 11.5 和约 35 电子伏特的截断能量。这种喷流及其碰裂产物可能解释了在~\citet{muf19} 的分析中发现的高能量处次主流 population 的迹象。不同元素种类的相对丰度以及每个合并事件中 UHECR 的总能量将在我们对离子进入加速过程机制的理解得到进一步完善以及来自核物理实验的数据得到输入后可计算。此情景暗示着每个超过 1 PeV 的中微子都与约 1 天前到达的引力波同向。最高能量的 UHECR 的质量大于铁。