[論文レビュー] Thermomagnetic Ettingshausen-Nernst effect in tachocline and axion mechanism of Sun luminosity

V. D. Rusov, I. V. Sharph+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2015

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、太陽のタコクリン層における熱磁気的エティンゲンハウゼン-ナーンスト効果によって駆動されるアキソン-光子変換が、磁場変化に伴うγ量子の強度変動を引き起こし、光度変動を説明すると提案している。実験的制限と整合する $g_{a\gamma} = 4.4 \cdot 10^{-11}\,\text{GeV}^{-1}$ のアキソン-光子結合と $m_a \sim 3.2 \cdot 10^{-2}\,\text{eV}$ のアキソン質量が導かれる。

ABSTRACT

It is shown that the hypothesis of the axion mechanism for solar luminosity variations suggesting that the solar axion particles are born in the core of the Sun and may be efficiently converted back into $\gamma$-quanta in the magnetic field of the solar overshoot tachocline is physically relevant. As a result, it is also shown that the intensity variations of the $\gamma$-quanta of axion origin, induced by the magnetic field variations in the tachocline via the thermomagnetic Ettingshausen-Nernst effect, directly cause the Sun luminosity variations and eventually characterize the active and quiet states of the Sun. Within the framework of this mechanism estimations of the strength of the axion coupling to a photon ($g_{a \gamma} = 4.4 \cdot 10^{-11} GeV^{-1}$) and the hadronic axion particle mass ($m_a \sim 3.2 \cdot 10^{-2} eV$) have been obtained. It is also shown that the claimed axion parameters do not contradict any known experimental and theoretical model-independent limitations.

研究の動機と目的

• アキソンメカニズムが太陽の光度変動に物理的に関連しているかどうかを調査すること。
• タコクリン層におけるアキソン-光子変換が、観測された太陽活動周期を説明できるかどうかを検討すること。
• タコクリン層における磁場変動を用いて、アキソンの光子への結合定数と質量を推定すること。
• 導出されたアキソンパラメータが、既存の実験的および理論的制約と整合するかどうかを検証すること。

提案手法

• 太陽のタコクリン層における熱磁気的エティンゲンハウゼン-ナーンスト効果をモデル化し、アキソンからγ量子を生成する過程を記述する。
• 特にタコクリン層という強い磁場領域において、アキソン-光子変換過程を適用する。
• タコクリン層における磁場変動を用いて、アキソン崩壊に起因するγ量子の強度を変調する。
• 観測された光度変動から、アキソン-光子結合定数 $g_{a\gamma}$ およびアキソン質量 $m_a$ に対する制約を導出する。
• 得られたパラメータを、モデルに依存しない実験的および理論的限界と照合して検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タコクリン層における熱磁気的エティンゲンハウゼン-ナーンスト効果が、アキソン-光子変換に起因する検出可能なγ線放射を説明できるか？
• RQ2 タコクリン層における磁場の揺らぎが、アキソン変換を介して太陽の光度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 観測された太陽の光度変動と整合するアキソン-光子結合定数 $g_{a\gamma}$ およびアキソン質量 $m_a$ の値は何か？
• RQ4 導出されたアキソンパラメータは、既存の実験的および理論的制約を満たしているか？

主な発見

• アキソン-光子変換がタコクリン層における熱磁気的エティンゲンハウゼン-ナーンスト効果によって媒介される場合、太陽の光度変動に対するアキソンメカニズムは物理的に妥当である。
• アキソン-光子結合定数は $g_{a\gamma} = 4.4 \cdot 10^{-11}\,\text{GeV}^{-1}$ と推定される。
• ハドロン的アキソン質量は $m_a \sim 3.2 \cdot 10^{-2}\,\text{eV}$ と推定される。
• 導出されたアキソンパラメータは、すべての既知の実験的および理論的モデルに依存しない限界と整合している。
• 光度変動は、アキソン変換に起因する磁場誘発のγ量子強度変調と直接的に関連している。