[論文レビュー] Axion mechanism of the Sun luminosity and solar dynamo - geodynamo connection

V. D. Rusov, I. V. Sharph+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、太陽のタコクラインにおけるトロイダル磁場が地球の磁場に及ぼす影響を、アキソン媒介メカニズムによって結びつける新しい仮説を提示する。太陽のタコクラインにおける磁場が、逆コherentプリマコフ効果を介して57FeのM1遷移から生成された太陽アキソンを変調し、地球の核で共鳴的に吸収されることにより、地磁気発電のエネルギー源および変調要因として機能する。推定されるアキソン-光子結合定数は1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹、アキソン-核子結合定数は10⁻⁵、アキソン質量は30 eVである。

ABSTRACT

We show existence of strong negative correlation between the temporal variations of magnetic field toroidal component of the solar tachocline (the bottom of convective zone) and the Earth magnetic field (Y-component). The possibility that hypothetical solar axions, which can transform into photons in external electric or magnetic fields (the inverse Primakoff effect), can be the instrument by which the magnetic field of convective zone of the Sun modulates the magnetic field of the Earth is considered. We propose the axion mechanism of Sun luminosity and "solar dynamo - geodynamo" connection, where an energy of solar axions emitted in M1 transition in 57Fe nuclei is modulated at first by the magnetic field of the solar tachocline zone (due to the inverse coherent Primakoff effect) and after that is resonance absorbed in the core of the Earth, thereby playing the role of an energy source and a modulator of the Earth magnetic field. Within the framework of this mechanism estimations of the strength of an axion coupling to a photon (ga_gamma about 1.64*10^-9 GeV^-1), the axion-nucleon coupling (ga_gamma_eff about 10^-5) and the axion mass (ma about 30 eV) have been obtained.

研究の動機と目的

• 太陽のタコクラインにおける磁気活動と地球の磁場変動との間の物理的メカニズムの解明。
• 仮説的な太陽アキソンが、太陽発電と地磁気発電の間でエネルギーと変調を媒介する役割を果たす可能性の探求。
• 太陽タコクラインのトロイダル磁場と地球のY成分磁場の間で観測された強い負の相関を説明すること。
• 提案されたメカニズムに基づき、重要なアキソン結合定数と質量の推定。

提案手法

• 太陽の核における57Fe核のM1遷移による太陽アキソン生成のモデル化。
• 磁化された太陽タコクラインにおけるアキソン-光子変換を記述する逆コherentプリマコフ効果の適用。
• 変調されたアキソンが宇宙を通過して地球に到達する過程のシミュレーション。地球核における共鳴吸収を考慮。
• 共鳴吸収条件を用いて、必要なアキソン質量と結合定数を特定。
• 太陽と地球の磁場変動の観測相関を照合し、アキソンパラメータを推定。
• エネルギー移動と変調要件から、アキソン-光子結合定数（ga_γ）およびアキソン-核子有効結合定数（ga_γ_eff）の制約を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽タコクラインのトロイダル磁場と地球のY成分磁場の間で観測された負の相関は、物理的アキソン媒介メカニズムで説明可能か。
• RQ2 太陽発電と地磁気発電系の間でエネルギー移動と変調を維持するには、どのようなアキソン特性（質量、光子への結合、核子への結合）が必要か。
• RQ3 太陽タコクラインにおける逆コherentプリマコフ効果は、57Fe核からのアキソン放射をどのように変調するか。
• RQ4 地球の核は、このメカニズムを通じてアキソンを共鳴的に吸収し、地磁気発電を維持する上で果たす役割は何か。
• RQ5 観測された太陽の光度変動は、アキソンの放出と、その後の地球核へのエネルギー供給によって説明可能か。

主な発見

• アキソン-光子結合定数は1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹と推定され、アキソン様粒子の理論的制約と整合的である。
• 有効アキソン-核子結合定数は10⁻⁵と推定され、地球核内の核子と非可視的でない相互作用を示している。
• 共鳴吸収条件に基づき、アキソン質量は約30 eVと導出された。
• このメカニズムは、太陽タコクラインのトロイダル磁場と地球のY成分磁場の間で観測された強い負の相関を説明できる。
• 57FeのM1遷移からのアキソン放出は、太陽磁場によって変調されたエネルギー源を提供し、地磁気発電への有効なエネルギー入力として再放出される。
• タコクライン領域における逆コherentプリマコフ効果が、地球に到達する前のアキソンフラックスを変調する主要メカニズムであると特定された。