伽玛射线暴（GRB）是宇宙中最剧烈的爆发事件。致密天体并合或大质量恒星坍缩后，中心可能形成一个黑洞超吸积系统，它是伽玛射线暴中心引擎的有力候选者之一，可以通过中微子湮灭或Blandford-Znajek（BZ）机制触发极端相对论喷流，进而产生伽玛暴。由于超吸积过程要求极高的吸积率，系统中心的黑洞质量可能在短时标内实现快速增长，这为理解和解决“低质量间隙”（lower mass gap）问题提供了一个可能线索。
作者收集了14个与超新星成协的长暴（LGRB-SN）、40个未观测到与超新星成协的长暴（LGRB-noSN）和31个短暴（SGRB）的数据，基于黑洞超吸积下中微子湮灭过程与BZ机制，计算了中心黑洞的质量、角动量和自旋的演化，由此得到给定初始黑洞质量后的黑洞质量分布。结果表明，在初始黑洞质量为3个太阳质量的假设下，中微子湮灭机制在大部分的长暴事件中能有效驱动黑洞吸积增长并越过低质量间隙上限（5个太阳质量），而BZ机制在驱动黑洞增长上并不显著，且BZ机制在提取黑洞转动能时，还会损耗黑洞质量和角动量。另外，在未观测到超新星成协的长暴事件中，其黑洞质量增长理论值会显著高于与超新星成协的长暴事件，这说明前一类事件通常具有更弱的超新星（SN）爆发能量或更大的前身星质量。对于短暴事件，黑洞质量的增长会受来自于双致密天体的质量提供所限制，若取初始黑洞质量为3个太阳质量，不论是中微子湮灭还是BZ机制供能的超吸积过程，基本上都不能有效地驱动黑洞跨越低质量间隙。
图1 三类伽玛射线暴事件的最终黑洞质量分布
该论文首次从伽玛射线暴观测角度，审视了低质量间隙的存在可能性，以“Revisiting Black Hole Hyperaccretion in the Center of Gamma-Ray Bursts for the Lower Mass Gap”为题，已被ApJ接受发表。文章第一作者是厦门大学天文学系2018级本科生瞿惠敏同学，通讯作者为厦门大学天文系刘彤教授。此工作得到了国家自然科学基金资助。