[論文レビュー] Evolution of Primordial Magnetic Fields: From Generation Till Today

Tina Kahniashvili, Axel Brandenburg+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、インフレーションから現在に至るまでの原始磁場の生成と進化を調査し、インフレーションや相転移のようなシナリオに焦点を当てる。高レイノルズ数の初期宇宙における減衰する磁流体乱流によって支配されるこれらの磁場は、銀河および銀河団の磁場の種として機能し、観測された銀河間磁場の上限と整合する強度の制約を持つことが示された。

ABSTRACT

In this presentation we summarize our previous results concerning the evolution of primordial magnetic fields with and without helicity during the expansion of the Universe. We address different magnetogenesis scenarios such as inflation, electroweak and QCD phase transitions magnetoge nesis. A high Reynolds number in the early Universe ensures strong coupling between magnetic field and fluid moti ons. After generation the subsequent dynamics of the magnetic field is governed by decaying hydromagnetic turbul ence. We claim that primordial magnetic fields can be considered as a seeds for observed magnetic fields in galaxie s and clusters. Magnetic field strength bounds obtained in our analysis are consistent with the upper and lower limits of extragalactic magnetic fields.

研究の動機と目的

• 主な初期宇宙の相転移期における原始磁場生成メカニズムを理解すること。
• ヘリシティと乱流が原始磁場の進化に果たす役割を分析すること。
• 原始磁場が現在観測されている大規模磁場の種として機能可能かどうかを評価すること。
• 観測された銀河間磁場の上限と整合する磁場強度の制約を導出すること。

提案手法

• 場の理論的手法を用いて、インフレーション期、電弱相転移、QCD相転移における磁場生成をモデル化する。
• 膨張する宇宙における生成後のダイナミクスを記述するために磁気流体力学（MHD）フレームワークを適用する。
• 高レイノルズ数プラズマにおける強い結合条件下で磁場進化を追跡するために誘導方程式を用いる。
• 生成後の磁場進化を支配する主要なメカニズムとして、減衰する磁流体乱流を分析する。
• 場の進化方程式を数値的に統合して、現在の磁場強度を推定する。
• 理論的予測を、銀河間磁場に関する観測的制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーションおよび相転移期に生成された原始磁場は、宇宙的時間経過とともにどのように進化するか？
• RQ2 ヘリシティは原始磁場の長期的ダイナミクスにどのような役割を果たすか？
• RQ3 減衰する磁流体乱流を伴う原始磁場は、観測された銀河間磁場強度をどれほど再現できるか？
• RQ4 原始磁場は、銀河および銀河団の大規模磁場の有効な種として機能可能か？
• RQ5 現在の観測と整合する原始磁場強度の理論的上限および下限は何か？

主な発見

• インフレーションおよび相転移期に生成された原始磁場は、高レイノルズ数の初期宇宙における減衰する磁流体乱流によって進化する。
• 磁場と流体運動との強い結合により、初期宇宙の時代にわたり、エネルギーの効率的転送と磁場の進化が保証される。
• モデルから導かれた磁場強度の制約は、銀河間環境における観測された上限および下限と整合する。
• ヘリシティの存在は、磁場の動的進化に影響を与えるが、全体的な磁場の減衰は主に乱流による散逸によって支配される。
• 原始磁場は、現在観測されている銀河および銀河団の磁場の種として実用的である。
• 解析は、大規模な宇宙磁場が、後の天体物理学的プロセスではなく、原始的起源に起因するという仮説を支持する。