Протонные столкновения в остатках слияния нейтронных звезд создают нейтрино

Бинарные слияния нейтронных звезд порождают короткоживущие магнетароподобные остатки. Их магнитные поля в полярных башнях достигают 10¹⁵–10¹⁶ Гс. До сих пор оставалось неясным, как именно ускоряются частицы и какой вклад вносят адронные процессы.

В новом исследовании, опубликованном на arXiv, астрофизики объединили геометрию башен из GRMHD-симуляций с аналитическими расчетами квантовой электродинамики и адронных процессов. Они пришли к выводу, что основным механизмом ускорения частиц в этом сильном радиационном режиме является магнитное пересоединение.

Чисто лептонный механизм образования пар сталкивается с ограничениями: быстрая релаксация питч-угла и переход в низкие уровни Ландау из-за однофотонной конверсии тормозят процесс. Однако как только протоны достигают релятивистских энергий (?_p ~ 1.3), начинаются неупругие протон-протонные столкновения.

Эти столкновения рождают пионы с большим питч-углом. Распад нейтральных пионов порождает фотоны, которые затем каскадно образуют электрон-позитронные пары с множественностью около 4 при B = 10¹⁵ Гс. Такой адронный путь доминирует в загрузке парами, направляя большую часть диссипированной магнитной энергии в популяцию e⁺e^?, которая может питать нетепловое излучение на б?льших радиусах.

Особый интерес представляют заряженные пионы. Их синхротронное охлаждение модулирует распад, создавая нетепловой нейтринный хвост с энергией до ~300 МэВ (в зависимости от множителя ?_p). Этот сигнал спектрально отличим от тепловой вспышки охлаждения и может быть зарегистрирован от источников на расстоянии до 100 кпк.

Работа открывает новый канал для наблюдения нейтрино от слияний нейтронных звезд. Детекторы, чувствительные к таким энергиям, могли бы подтвердить модель и дать информацию о составе джетов. Авторы планируют дальнейшие расчеты для более точного предсказания потоков.