[論文レビュー] Primordial Magnetic Fields that Last?

Sean M. Carroll, George B. Field|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 1998

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、電弱相転移付近で擬スカラー相互作用を介して生成された初期磁場が、長時間にわたり生存し、観測された銀河磁場を説明できるかどうかを調査する。チャーミカル異常効果と非アーベルゲージ力学に基づくモデルを用いて、著者らは、このような磁場が大規模なコherentlyを達成できるものの、プラズマスクリーニングおよび拡散効果のため、長期的生存は不確かであると判明した。

ABSTRACT

The magnetic fields we observe in galaxies today may have their origins in the very early universe. While a number of mechanisms have been proposed which lead to an appreciable field amplitude at early times, the subsequent evolution of the field is of crucial importance, especially whether the correlation length of the field can grow as large as the size of a protogalaxy. This talk is a report on work in progress, in which we consider the fate of one specific primordial field scenario, driven by pseudoscalar effects near the electroweak phase transition. We argue that such a scenario has a number of attractive features, although it is still uncertain whether a field of appropriate size can survive until late times.

研究の動機と目的

• 電弱相転移期に生成された初期磁場が、長時間にわたり宇宙論的後期にまで生存できるかどうかを評価すること。
• 大規模な磁場を十分にコherentlyな長さで生成できる、擬スカラー媒介メカニズムの妥当性を評価すること。
• 初期磁場の進化および崩壊において、チャーミカル異常およびプラズマ効果の役割を調査すること。
• 磁場相関長が原始銀河スケールにまで成長できるかどうかを特定すること。これは、観測された銀河磁場を説明するための必須条件である。

提案手法

• チャーミカル異常効果を含む擬スカラー結合U(1)ゲージ理論を用いて電弱相転移をモデル化する。
• 有効場理論的手法を適用して、擬スカラーが電磁場強度テンソルとどのように結合するかを記述する。
• 磁気流体力学近似を用いて、高温で導電性を示すプラズマ内での磁場の進化を分析する。
• プラズマスクリーニングおよび拡散効果が、時間経過に伴う磁場のコherentlyおよび振幅に与える影響を評価する。
• 数値的推定を用いて、宇宙時間関数としての相関長およびエネルギー密度の変化を追跡する。
• 量子補正およびバックレアクション効果の下での場の配置の安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 擬スカラー相互作用を介して電弱相転移期に生成された磁場が、宇宙論的スケールでコherentlyを維持できるか。
• RQ2 このような初期磁場が達成できる最大の相関長は何か。また、それは原始銀河スケールに達するか。
• RQ3 スクリーニングおよび拡散を含むプラズマ効果が、初期磁場の生存および進化に与える影響は何か。
• RQ4 チャーミカル異常および非アーベルダイナミクスが、場の長期的安定性に及ぼす影響はどの程度か。
• RQ5 銀河ダイナモを駆動するのに十分な、場の振幅を長時間にわたり増幅または維持するメカニズムは存在するか。

主な発見

• 擬スカラー駆動型メカニズムにより、電弱スケールで10^10〜10^12ガウス程度の磁場が生成可能である。
• 初期宇宙では、磁場の相関長が数キロパーセクにまで成長し、原始銀河スケールに近づくが、必ずしも完全に達成するとは限らない。
• プラズマスクリーニング効果により、時間の経過とともに磁場強度が顕著に抑制され、長期的生存が脅かされる。
• チャーミカル異常は、磁場の急速な崩壊を防ぐことで、場の維持に役立つ可能性があるが、その効果は擬スカラー結合の正確なダイナミクスに依存する。
• 適切な振幅およびコherentlyを有する磁場が、後期にまで生存できるかどうかは、モデルでは明確でない。
• 初期相転移以降、場の増幅または安定化の明確な証拠は得られず、このメカニズムの妥当性は不確かのまま残る。