[논문 리뷰] Axion mechanism of the Sun luminosity and solar dynamo - geodynamo connection

V. D. Rusov, I. V. Sharph외 7명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 17.

Dark Matter and Cosmic Phenomena참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 태양의 토로이드형 자기장이 태양의 타코클린에서 발생하는 축소된 자기장에 의해 지구의 자기장 변화와 연결되는 새로운 축소자성 메커니즘을 제안한다. 태양의 타코클린에서 발생하는 태양 축소자들은 57Fe의 M1 전이 과정를 통해 생성되며, 역일관된 프리마코프 효과를 통해 태양의 타코클린 자기장에 의해 조절되어 지구의 핵에서 공진적으로 흡수되며, 지구의 지구내부역동에 에너지원과 조절자 역할을 한다. 축소자-광자 결합 상수는 약 1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹, 축소자-핵자 결합 상수는 10⁻⁵, 축소자 질량은 30 eV로 추정된다.

ABSTRACT

We show existence of strong negative correlation between the temporal variations of magnetic field toroidal component of the solar tachocline (the bottom of convective zone) and the Earth magnetic field (Y-component). The possibility that hypothetical solar axions, which can transform into photons in external electric or magnetic fields (the inverse Primakoff effect), can be the instrument by which the magnetic field of convective zone of the Sun modulates the magnetic field of the Earth is considered. We propose the axion mechanism of Sun luminosity and "solar dynamo - geodynamo" connection, where an energy of solar axions emitted in M1 transition in 57Fe nuclei is modulated at first by the magnetic field of the solar tachocline zone (due to the inverse coherent Primakoff effect) and after that is resonance absorbed in the core of the Earth, thereby playing the role of an energy source and a modulator of the Earth magnetic field. Within the framework of this mechanism estimations of the strength of an axion coupling to a photon (ga_gamma about 1.64*10^-9 GeV^-1), the axion-nucleon coupling (ga_gamma_eff about 10^-5) and the axion mass (ma about 30 eV) have been obtained.

연구 동기 및 목표

• 태양의 타코클린에서의 자기장 활동과 지구 자기장 변화 간의 잠재적 물리적 메커니즘을 규명하는 것.
• 가능한 태양 축소자가 태양내부역동과 지구내부역동 간의 에너지와 조절을 매개하는 역할을 하는지 탐색하는 것.
• 태양 타코클린의 토로이드형 자기장과 지구의 Y성분 자기장 간에 관측된 강한 음의 상관관계를 설명하는 것.
• 제안된 메커니즘을 바탕으로 핵심 축소자 결합 상수와 질량을 추정하는 것.

제안 방법

• 태양 핵 내 57Fe 핵에서의 M1 전이 과정를 통해 태양 축소자 생성을 모델링하는 것.
• 자기장이 가로질러진 태양 타코클린에서의 축소자-광자 전환을 기술하기 위해 역일관된 공명 프리마코프 효과를 적용하는 것.
• 조절된 축소자가 공간을 통해 지구로 전파되는 것을 시뮬레이션하며, 지구 핵 내 공진 흡수를 고려하는 것.
• 공진 흡수 조건을 사용하여 필요한 축소자 질량과 결합 강도를 결정하는 것.
• 관측된 태양 및 지구 자기장 변화 간 상관관계를 이용하여 축소자 매개수를 유추하는 것.
• 에너지 전달 및 조절 요구 조건에서 축소자-광자 결합 상수(ga_γ)와 축소자-핵자 효과적 결합 상수(ga_γ_eff)에 대한 제약 조건을 유도하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 태양 타코클린 토로이드형 자기장과 지구의 Y성분 자기장 간의 음의 상관관계가 물리적 축소자 매개 메커니즘으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 태양내부역동과 지구내부역동 간의 에너지 전달과 조절을 유지하기 위해 필요한 축소자 특성(질량, 광자와의 결합, 핵자와의 결합)은 무엇인가?
• RQ3 태양 타코클린에서의 역일관된 공명 프리마코프 효과는 57Fe 핵에서의 축소자 방출을 어떻게 조절하는가?
• RQ4 지구 핵은 이 메커니즘을 통해 축소자를 공진적으로 흡수하고 지구내부역동을 유지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 태양 빛의 변화는 축소자 방출과 그 후 지구 핵에 에너지가 투입되는 것으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 축소자-광자 결합 상수는 1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹로 추정되었으며, 축소자 유사 입자에 대한 이론적 제약과 일치한다.
• 효과적 축소자-핵자 결합 상수는 10⁻⁵로 추정되어 지구 핵 내 핵자와의 비가로운 상호작용이 있음을 시사한다.
• 축소자 질량은 지구 핵 내 공진 흡수 조건을 바탕으로 약 30 eV로 유도되었다.
• 이 메커니즘은 태양 타코클린 토로이드형 자기장과 지구의 Y성분 자기장 간에 관측된 강한 음의 상관관계를 설명할 수 있다.
• 57Fe의 M1 전이 과정를 통한 축소자 방출은 태양 자기장에 의해 조절되는 에너지원을 제공하며, 이는 지구내부역동에 효과적인 에너지 입력으로 재발견된다.
• 타코클린 영역에서의 역일관된 공명 프리마코프 효과는 지구에 도달하기 전에 축소자 플럭스를 조절하는 핵심 메커니즘이라고 규명되었다.