[논문 리뷰] Quasi-periodic oscillations, charge and the gravitomagnetic theory

Jacob Biemond|ArXiv.org|2007. 06. 03.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 31인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 밀도 높은 항성 주위에 내부, 중간, 외부의 삼중 토로이드 구조를 가진 전하 기반 모델을 제안하여 펄서, 블랙홀, 화이트 와이프에서 관측된 고주파수 및 저주파수 준정기 진동(QPOs)을 설명한다. 고전역학, 쿠론의 법칙, 수정된 중력자기 이론을 사용하여 유도된 프리세션 주파수는 관측된 QPO들과 일치하며, SAX J1808.4–3658의 410 kHz 신호와 VW Hyi의 저주파수 QPO를 포함하여 다양한 QPO 현상에 대한 통합된 전자기적 설명을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중성자별과 블랙홀에서의 고주파수 QPO 기원을 전하가 있는 토로이드를 포함한 새로운 전자기 모델을 통해 설명하는 것.
• 수정된 중력자기 프리세션 프레임워크를 통해 펄서와 블랙홀에서의 저주파수 QPO를 해석하는 것.
• SAX J1808.4–3658에서 관측된 410 kHz QPO를 등위면 전하 유동을 통해 설명하는 것.
• VW Hyi와 같은 화이트 와이프에서의 저주파수 QPO를 전자기 프리세션 주파수를 통해 설명하는 것.
• 전하 역학, 질량 전류, 프리세션 주파수 간의 관계를 다양한 밀도 높은 천체에 걸쳐 통합된 모델을 제공하는 것.

제안 방법

• 중앙 항성 주위에 세 개의 농축된 토로이드를 가정: 내부 토로이드는 전하 $ Q_i $, 외부 토로이드는 전하 $ Q_o $, 중성 질량 토로이드 $ m_m $를 가지며, 항성은 전하 $ Q_s $를 가진다.
• 중성 질량 토로이드의 케플러 주파수를 사용하여 질량 전류 주파수 $ \nu_m $를 계산한다.
• 고전역학과 쿠론의 법칙을 사용하여 전하 유도 주파수 $ \nu_i $ 및 $ \nu_o $를 결정한다.
• 수정된 중력자기 이론의 해석을 바탕으로 저주파수 QPO를 설명하기 위해 네 가지의 새로운 중력자기 프리세션 주파수를 유도한다.
• 다섯 개의 천체 시스템에서 예측된 주파수를 관측된 QPO와 비교한다: SAX J1808.4–3658, XTE J1807–294, IGR J00291+5934, SGR 1806–20, XTE J1550–564.
• 극지부 근처 전하 유동을 통한 폭발 진동 주파수의 이격 현상 분석을 수행하고, SAX J1808.4–3658의 410 kHz QPO를 등위면 전하 역학으로 기인시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중성자별과 블랙홀에서의 고주파수 QPO는 전하가 있는 토로이드 구조 내 전자기 상호작용으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 이론에서 유도된 수정된 중력자기 프리세션 주파수는 펄서와 블랙홀에서 관측된 저주파수 QPO와 일치하는가?
• RQ3 SAX J1808.4–3658에서 관측된 410 kHz QPO는 무엇에 기인하는가? 등위면 전하 유동으로 기인할 수 있는가?
• RQ4 VW Hyi와 같은 화이트 와이프에서의 저주파수 QPO는 중력적 영향이 아닌 전자기 프리세션 주파수로 설명될 수 있는가?
• RQ5 펄서의 극지부 근처에서의 전하 유동은 폭발 진동 주파수의 이격 현상에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 모델은 전하 유도 주파수와 질량 전류 역학을 사용하여 SAX J1808.4–3658, XTE J1807–294, IGR J00291+5934, SGR 1806–20, XTE J1550–564에서 관측된 고주파수 QPO를 성공적으로 재현한다.
• SAX J1808.4–3658의 410 kHz QPO는 등위면 전하 유동에 기인하며, 이 이론적 신호에 대한 물리적 메커니즘을 제공한다.
• VW Hyi와 같은 화이트 와이프에서의 저주파수 QPO는 모델에서 도출된 전자기 프리세션 주파수로 설명되며, 비중력적 기원을 시사한다.
• Lense-Thirring 주파수는 수정된 공식을 사용하여 재평가되었으며, 펄서에서의 관측 데이터와의 일치도 향상됨을 보였다.
• 폭발 진동 주파수의 이격 현상은 펄서의 자기극 근처에서의 동적 전하 유동에 의해 설명된다.
• 관측된 저주파수 QPO와 일치하는 네 가지의 새로운 중력자기 프리세션 주파수를 모델이 규명하였으며, 이는 통합된 전자기적 설명을 뒷받침한다.