伽玛射线暴（gamma ray burst或GRB，以后简称γ暴），是发生在宇宙距离上的γ射线突然增强的现象,是宇宙大爆炸后最猛烈的爆发现象。γ暴于1967年被美国Vela军事卫星意外发现。康普顿天文台的BATSE探测器发现^[1]γ暴的空间分布呈高度各向同性并且不均匀，并发现其T₉₀(γ暴的持续时间可用T₉₀量化，定义为辐射流量从5%累计至95%的时间间隔)的分布呈双峰结构，存在长持续时标(T₉₀gt;2s)和短持续时标(T₉₀lt;2s)的两类γ暴。长暴起源于大质量恒星的塌缩^[2]，短暴起源于双致密星的合并^[3]。除了瞬时伽马辐射，γ暴还产生多种余晖辐射。理论上，γ暴的瞬时辐射被认为产生于相对论喷流内部的能量耗散过程，而多波段余晖则产生于相对论喷流和外部介质之间的相互碰撞引起的外激波。因此，γ暴是研究致密天体诞生、引力波辐射、相对论激波、极高能宇宙射线、高能中微子等极端物理现象以及高精度检验基本物理原理的天体实验室，也是早期宇宙恒星形成和演化、高红移星系、高红移宇宙学的重要探针^[4]。

2017年8月17日，LIGO/Virgo引力波天文台探测到引力波时间GW170817,1.74s后Fermi卫星探测到与之成协的γ暴GRB170817A，10.9h后Swope望远镜探测到光学对应体AT2017gfo,开辟了多信使天文学的新时代。根据引力波限制合并双星为双中子星^[5]，合并后的天体可能为短暂存在的大质量中子星，但也不能排除遗留天体为黑洞或者稳定存在的中子星。

通过引力波探测已经发现了双黑洞合并事件与双中子星合并事件，随着探测技术的升级，黑洞中子星合并事件也将被探测。双中子星合并产生引力波及其电磁对应体的成功探测开辟了多信使探测的先河。而双黑洞合并被认为没有喷射物，并且由于黑洞的性质，能量以引力波的形式耗散，因此无法产生丰富的电磁辐射现象。黑洞中子星合并同时产生引力波和多波段余晖辐射，在多信使天文时代显得尤其重要。

黑洞中子星合并产生的中心天体为黑洞，提供γ暴能量的中心引擎主要为中微子主导吸积流模型^[6]和磁过程驱动喷流的Blandford-Znajek机制^[7]，暴后喷流与星际物质作用产生多波段余晖辐射，并且合并抛射物的r过程可以产生“千新星”的光学辐射^[8]-[10]。研究发展黑洞中子星合并的物理模型可以为将来的观测提供理论解释，也可以更好地指导进行探测。Fernández^[9]模拟了黑洞中子星合并后抛射物和吸积盘的物理过程，研究了抛射物与盘混合带来的影响。Bhattacharya^[11]研究了黑洞中子星双星参数对合并抛射物性质和电磁信号的影响。Schnittman^[12]计算黑洞中子星合并前中子星的伽马射线闪，发现其波形类似于引力波，为频率和振幅稳定增长的波(chirps)。Janna Levin和Daniel J.D’Orazio^[13]-[14]研究了强磁场对黑洞中子星合并的影响，绕黑洞轨道运动的磁星产生电磁辐射带来可观测现象；在中子星强磁场中的黑洞也可携带电荷从而产生可观测现象。Dai^[15]研究了带电中子星和旋转黑洞间旋进过程的电磁现象，根据Wald(1974)^[16]机制黑洞带电，若黑洞的自转够快和中子星磁场够强，可以产生可观测电磁信号。

Wald机制黑洞带电导致电磁辐射在黑洞中子星合并过程中很有研究意义。LIGO/Virgo观测得双黑洞合并的黑洞质量全部大于七倍太阳质量^[17]，而对银河系黑洞的观测表明大部分黑洞质量大于双黑洞合并质量特征值^[18]。因此对于特征质量1.4倍太阳质量的中子星，黑洞中子星合并导致中子星被黑洞吞噬，无潮汐撕裂抛射物射出，所以对这类事件无法产生任何电磁辐射。而浸透于强磁场的黑洞带电：（见附件公式）

其中（见附件）为黑洞自旋角动量，（见附件）为中子星磁场。带电黑洞可以产生很多可观测的电磁现象（例如磁偶极子辐射、电偶极子辐射和磁重联辐射）。对此机制的研究可以指导对黑洞中子星合并的观测。

黑洞中子星合并是未来天文观测和γ暴理论的热点方向，本毕业设计研究黑洞中子星合并过程的物理图像，可以了解对黑洞中子星合并的研究现状，掌握其基本知识，掌握对相关问题研究的方法，对今后的学习研究有指导意义。并且在研究过程中可以对现有模型和研究提出新观点，进行研究。

2. 研究的基本内容与方案

研究基本内容：

黑洞中子星合并的物理过程，包括合并前的旋进过程、合并后生成的中心引擎及吸积盘、中心引擎的辐射机制与形成γ暴的解释、暴后余晖辐射、合并产生的相对论喷流及其核合成与千新星信号。天文望远镜对γ暴和暴后余晖的观测图像。强磁场和黑洞旋转对黑洞中子星合并的影响。