[論文レビュー] The magnetic field of pulsars and the gravito-magnetic theory

Jacob Biemond|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 43被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、修正一般相対性理論の枠組み内で、重力磁気効果がパルサーの磁場を生じると提案し、重力的起源から四極子電荷密度と新しい電磁気的磁気双極モーメントを導出する。13個のゆっくり回転する連星パルサーにおける観測磁場と重力磁気的予測との間で、標準的双極子放射モデルよりも良好な一致が得られ、パルサー磁気の重力的起源を支持する。

ABSTRACT

Many authors have considered a gravitational origin of the magnetic field of celestial bodies. Especially, the so-called Wilson-Blackett formula has been investigated, both theoretically and observationally. It appeared possible to deduce this formula from general relativity, e. g., by application of a special interpretation of gravito-magnetic theory. More consequences of the latter theory for pulsars will be considered in this work. As an example, the standard quadrupolar charge density for pulsars can be deduced from the gravito-magnetic theory. Moreover, a new magnetic dipole moment from electromagnetic origin is found, generated in the basic magnetic field from gravito-magnetic origin. In general, for thirteen accreting, slowly rotating, binary pulsars the agreement between the observed magnetic field and the gravito-magnetic prediction is better than between the observed value and the value from the standard magnetic dipole radiation model. At present, an analogous comparison for five isolated pulsars appears to be difficult. For a sample of 100 pulsars the averaged (gravito-)magnetic field, extracted from the magnetic dipole spin-down model, is in fair agreement with the gravito-magnetic prediction. Unfortunately, the (gravito-)magnetic field has not yet directly been measured. Finally, it is found that the first and second order braking indices only depend on the magnetic field from electromagnetic origin.

研究の動機と目的

• 修正された一般相対性理論の解釈を用いて、パルサー磁場の重力的起源を調査すること。
• ウィルソン＝ブラックレットの磁場に関する経験的公式が、重力磁気理論から導出可能かどうかを検証すること。
• 重力磁気理論の予測を、特にゆっくり回転する連星系における観測磁場と比較すること。
• 100個のパルサーのサンプルにわたる平均磁場が、スピンダウンデータから抽出されたものと重力磁気理論の予測との整合性を評価すること。
• パルサーにおける全磁気双極モーメントに及ぼす電磁気的および重力磁気的寄与の役割を調査すること。

提案手法

• 重力磁気理論の枠組みを用いて、パルサーにおける四極子電荷密度を導出する。
• 背景となる重力磁気場による電磁誘導によって生じる新しい磁気双極モーメントを導入する。
• 重力磁気モデルを用いて、パルサー内の磁場強度を予測する。
• 重力磁気モデルによる予測磁場と、13個の降着しゆっくり回転する連星パルサーからの観測値を比較する。
• 磁気双極モーメントのスピンダウンモデルを用いて、100個のパルサーのサンプルから平均（重力的）磁場を抽出する。
• 減速指数の分析により、電磁気的および重力磁気的寄与を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルサー磁場に関するウィルソン＝ブラックレットの公式が、一般相対性理論の重力磁気的解釈から導出可能か。
• RQ2 ゆっくり回転する連星パルサーにおける観測磁場と重力磁気的予測との一致度が、標準的双極子放射モデルよりも良好か。
• RQ3 電磁気的起源がパルサーの磁気双極モーメントに及ぼす寄与は、重力磁気的起源と比較してどの程度か。
• RQ4 パルサーの観測されたスピンダウン挙動が、重力磁気モデルの予測とどの程度整合するか。
• RQ5 パルサーのスピンダウンデータから抽出された平均磁場が、重力磁気理論と調和するか。

主な発見

• 重力磁気理論は、パルサーにおける四極子電荷密度分布をうまく予測している。
• 物質と背景となる重力磁気場の相互作用によって、新しい電磁気的磁気双極モーメントが生成される。
• 13個の降着しゆっくり回転する連星パルサーにおいて、観測磁場と重力磁気的予測との一致度が、標準的磁気双極子放射モデルよりも良好である。
• 100個のパルサーのサンプルにおいて、スピンダウンデータから抽出された平均（重力的）磁場は、重力磁気理論の予測とやや良好な一致を示している。
• 一次および二次の減速指数は、電磁気的磁場寄与にのみ依存しており、重力磁気効果とは独立していることが示された。
• 理論的整合性は保たれているが、（重力的）磁場はまだ直接測定されていない。