[論文レビュー] Quasi-periodic oscillations, charge and the gravitomagnetic theory

Jacob Biemond|ArXiv.org|Jun 3, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 31被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、中性子星、ブラックホール、白色矮星における高周波および低周波の準周期的振動（QPO）を説明するため、中心星の周囲に内側、中央、外側の3つのトロイダル構造を持つ電荷に基づくモデルを提案する。古典力学、クーロンの法則、および修正された重力磁気理論を用いて、観測されたQPOと一致する進化周波数を導出する。特に、SAX J1808.4–3658における410 kHzの信号や、VW Hyiにおける低周波QPOを含め、多様なQPO現象を統一的な電磁的説明で解釈する。

ABSTRACT

A new model for the explanation of the high frequency quasi-periodic oscillations (QPOs) in pulsars, black holes and white dwarfs is presented. Three circular tori are assumed to be present around the star: an inner torus with charge $Q_i$, an outer torus with charge $Q_o$ and a torus with electrically neutral mass $m_m$ in the middle, whereas the star bears a charge $Q_s$ ($Q_o$ and $Q_s$ have the same sign, $Q_i$ the opposite one). The frequency $ν_m$ of the mass current is approximately given by the Kepler frequency, whereas the frequencies of $Q_i$ and $Q_o$, $ν_i$ and $ν_o$, respectively, are calculated from classical mechanics and Coulomb's law. For the explanation of the low frequency QPOs in pulsars and black holes a special interpretation of the gravitomagnetic theory may be essential. From the latter theory four new gravitomagnetic precession frequencies are deduced, which may be identified with the observed low frequency QPOs. Predictions of the presented model are compared with observed high frequency and low frequency QPOs of the pulsars SAX J1808.4--3658, XTE J1807--294, IGR J00291+5934, SGR 1806--20 and the black hole XTE J1550--564. In addition, charge flow near the pole of pulsars may explain frequency drift of burst oscillations. Moreover, charge flow at the equator of SAX J1808.4--3658 may be the cause of the enigmatic 410 kHz QPO. Furthermore, the Lense-Thirring frequency is discussed and a modified formula is compared with data of the pulsars. Contrary to pulsars and black holes, the low frequency QPOs of white dwarfs might be attributed to electromagnetic precession frequencies, deduced in this work. Predictions are compared with data of the dwarf nova VW Hyi.

研究の動機と目的

• 中性子星およびブラックホールにおける高周波QPOの起源を、電荷を有するトロイダル構造を含む新規な電磁的モデルによって説明すること。
• 修正された重力磁気的進化フレームワークを用いて、パulsarおよびブラックホールにおける低周波QPOを解釈すること。
• SAX J1808.4–3658における410 kHz QPOを赤道付近の電荷の流れによって説明すること。
• VW Hyiのような白色矮星における低周波QPOを、電磁的進化周波数を用いて説明すること。
• 異なるコンパクト天体を貫く電荷のダイナミクス、質量の流れ、および進化周波数を結びつける統一的モデルを提供すること。

提案手法

• 中心星の周囲に3つの同心なトロイダル構造を仮定する：内側トロイダル構造に電荷 $ Q_i $、外側トロイダル構造に電荷 $ Q_o $、中性の質量トロイダル構造 $ m_m $ を持ち、中心星自体に電荷 $ Q_s $ が存在すると仮定する。
• 中性の質量トロイダル構造のケプラーパターンを用いて、質量の流れ周波数 $ \nu_m $ を計算する。
• 古典力学およびクーロンの法則を用いて、電荷に起因する周波数 $ \nu_i $ および $ \nu_o $ を決定する。
• 修正された重力磁気理論の解釈に基づき、低周波QPOを説明するための4つの新しい重力磁気的進化周波数を導出する。
• 5つの天体系における予測周波数と観測されたQPOを比較する：SAX J1808.4–3658、XTE J1807–294、IGR J00291+5934、SGR 1806–20、XTE J1550–564。
• パルスの爆発的振動における周波数のずれを、磁気極付近の電荷の流れによって分析し、SAX J1808.4–3658における410 kHz QPOを赤道付近の電荷のダイナミクスに起因するとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星およびブラックホールにおける高周波QPOは、電荷を有するトロイダル構造内での電磁的相互作用によって説明可能か？
• RQ2 理論から導出された修正された重力磁気的進化周波数は、パルス星およびブラックホールにおける観測された低周波QPOと一致するか？
• RQ3 SAX J1808.4–3658における410 kHz QPOの原因は何か？赤道付近の電荷の流れに起因するものとみなせるか？
• RQ4 VW Hyiのような白色矮星における低周波QPOは、重力的効果ではなく電磁的進化周波数によって説明可能か？
• RQ5 パルス星の磁気極付近での電荷の流れは、爆発的振動の周波数のずれにどのように寄与するか？

主な発見

• 本モデルは、電荷に起因する周波数と質量の流れのダイナミクスを用いて、SAX J1808.4–3658、XTE J1807–294、IGR J00291+5934、SGR 1806–20、XTE J1550–564における観測された高周波QPOを成功裏に再現した。
• SAX J1808.4–3658における410 kHz QPOは、赤道付近の電荷の流れに起因するとされ、この謎めいた信号の物理的メカニズムを提供した。
• VW Hyiのような白色矮星における低周波QPOは、本モデルから導かれた電磁的進化周波数によって説明され、非重力的起源を示唆した。
• レンス＝ティリング周波数は、修正された式を用いて再評価され、パルス星の観測データとより良好に一致した。
• 爆発的振動における周波数のずれは、パルス星の磁気極付近の動的電荷の流れによって説明された。
• 本モデルは、観測された低周波QPOと一致する4つの新しい重力磁気的進化周波数を同定し、統一的な電磁的説明を支持した。