[論文レビュー] The Origin of Astrophysical Magnetic Fields

Russell M. Kulsrud, Ellen G. Zweibel|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、銀河形成以前に約10^{-20} Gの種磁場が生成され、ダイナモ機構を通じてマイクロガウスレベルに増幅されたと提案する、宇宙磁場の起源をレビューしている。アルファ・オメガダイナモは標準理論であるが、磁場フラックスの保存則が磁場とフラックスの分離を要求するという主要な課題を抱えており、これには銀河ディスクからの質量除去が必要となる。

ABSTRACT

We review the literature concerning how the cosmic magnetic fields pervading nearly all galaxies actually got started. some observational evidence involves the chemical abundance of the light elements Be and B, while another one is based on strong magnetic fields seen in high red shift galaxies. Seed fields, whose strength is of order 10^{-20} gauss, easily sprung up in the era preceding galaxy formation. Several mechanisms are proposed to amplify these seed fields to microgauss strengths. The standard mechanism is the Alpha-Omega dynamo theory. It has a major difficulty that makes unlikely to provide the sole origin. The difficulty is rooted in the fact that the total flux is constant. This implies that flux must be removed from the galactic discs. This requires that the field and flux be separated, for otherwise interstellar mass must be removed from the deep galactic gravitational and then their strength increased by the alpha omega theory.

研究の動機と目的

• 今日の銀河に観測される宇宙磁場の起源を調査すること。
• 約10^{-20} Gの強さをもつ種磁場が銀河形成以前に果たす役割を評価すること。
• アルファ・オメガダイナモ機構が質量除去なしに磁場増幅を説明できないという制限を分析すること。
• 銀河ディスク内でのフラックス分離と磁場増幅の物理的妥当性を評価すること。

提案手法

• リチウムやベリリウムなどの軽元素の崩壊生成比（Be, B）および高赤方偏移銀河の磁場から得られる観測的証拠をレビューすること。
• 銀河形成以前の時代における種磁場生成の理論的モデルを分析すること。
• 磁場増幅の主要プロセスとしてのアルファ・オメガダイナモ機構を評価すること。
• ダイナモ理論におけるフラックス保存則の制約を検討し、磁場とフラックスが分離されなければならないことを示すこと。
• フラックス保存のもとで磁場増幅を維持するための銀河ディスクからの質量除去の必要性を評価すること。
• 星間物質の放出なしに磁場増幅を実現するための物理的条件をモデル化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河形成以前に約10^{-20} Gの磁場種がどのように生成されたのか？
• RQ2 これらの弱い種磁場が今日観測されるマイクロガウスレベルにどのように増幅されたのか？
• RQ3 なぜアルファ・オメガダイナモ機構は、銀河磁場の唯一の起源としては不十分なのか？
• RQ4 磁場増幅の過程で磁場フラックスを質量から分離するために必要な物理的過程は何か？
• RQ5 フラックス保存のもとで磁場増幅を維持するには、銀河ディスクからの質量除去が必要なのか？

主な発見

• 約10^{-20} Gの種磁場は、銀河形成以前の時代に生成された可能性が高い。
• アルファ・オメガダイナモは、種磁場をマイクロガウス強度まで増幅する標準的なメカニズムである。
• ダイナモ機構には根本的な問題がある：磁場フラックスは保存され、磁場とフラックスを分離する必要がある。
• 磁場増幅を維持するためには、星間物質が銀河ディスクから除去されなければならないが、これは物理的に困難である。
• 質量除去の必要性は、アルファ・オメガダイナモが単独で銀河磁場の起源を説明できないことを示唆している。
• フラックス保存の問題を解決するには、代替メカニズムまたは追加のプロセスが必要である。