Dynamics, nucleosynthesis, and kilonova signature of black hole—neutron star merger ejecta
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Notice bibliographique
Résumé
Abstract We investigate the ejecta from black hole—neutron star mergers by modeling the formation and interaction of mass ejected in a tidal tail and a disk wind. The outflows are neutron-rich, giving rise to optical/infrared emission powered by the radioactive decay of r -process elements (a kilonova ). Here we perform an end-to-end study of this phenomenon, where we start from the output of a fully-relativistic merger simulation, calculate the post-merger hydrodynamical evolution of the ejecta and disk winds including neutrino physics, determine the final nucleosynthetic yields using post-processing nuclear reaction network calculations, and compute the kilonova emission with a radiative transfer code. We study the effects of the tail-to-disk mass ratio by scaling the tail density. A larger initial tail mass results in fallback matter becoming mixed into the disk and ejected in the subsequent disk wind. Relative to the case of a disk without dynamical ejecta, the combined outflow has lower mean electron fraction, faster speed, larger total mass, and larger absolute mass free of high-opacity Lanthanides or Actinides. In most cases, the nucleosynthetic yield is dominated by the heavy r -process contribution from the unbound part of the dynamical ejecta. A Solar-like abundance distribution can however be obtained when the total mass of the dynamical ejecta is comparable to the mass of the disk outflows. The kilonova has a characteristic duration of 1 week and a luminosity of ∼ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mstyle displaystyle="false"> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>41</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mstyle> </mml:math> erg <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mstyle displaystyle="false"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mstyle> </mml:math> , with orientation effects leading to variations of a factor ∼2 in brightness. At early times ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mstyle displaystyle="false"> <mml:mo><</mml:mo> </mml:mstyle> </mml:math> 1 d) the emission includes an optical component from the (hot) Lanthanide-rich material, but the spectrum evolves quickly to the infrared thereafter.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle