[論文レビュー] Do Black Hole Candidates Have Magnetic Moments Instead of Event Horizons?

Stanley L. Robertson, D. Leiter|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、銀河系ブラックホール候補（GBHC）がイベントホライズンを有するブラックホールではなく、固有の磁気モーメントを有する磁気圏恒久的収縮物体（MECO）であると提唱する。これは、時空的世界線の完全性を保証する非重力的エネルギー運動量テンソルを用いた一般相対性理論の新規解に基づく。MECOモデルは、GBHCと中性子星のスペクトル的・時間的・ジェット的挙動を統一的に説明でき、赤方偏移は約10⁸、静止状態の放射度は約10³¹ erg/sであり、観測による検証が可能な特徴を持つ。

ABSTRACT

In previous work we found that many of the spectral properties of low mass x-ray binaries (LMXB), including galactic black hole candiates (GBHC) were consistent with the existence of intrinsically magnetized central objects. We review and extend these findings and show that the existence of intrisically magnetic BHC is consistent with a new class of solutions of the Einstein field equations of General Relativity. These solutions are based on a strict adherence to the Strong Principle of Equivalence (SPOE) requirement that the world lines of physical matter must remain timelike in all regions of spacetime. The new solutions emerge when the structure and radiation transfer properties of the energy momentum tensor on the right hand side of the Einstein field equations are appropriately chosen to dynamically enforce the SPOE requirement of timelike world line completeness. In this context, we find that the Einstein field equations allow the existence of highly red shifted, Magnetospheric, Eternally Collapsing Objects (MECO). MECO can possess intrinsic magnetic moments since they do not have trapped surfaces that lead to event horizons and curvature singularities. Since MECO lifetimes are orders of magnitude greater than a Hubble time, they provide an elegant and unified framework for understanding a broad range of observations of GBHC and active galactic nuclei. We examine their properties and discuss characteristics that might lead to their confirmation.

研究の動機と目的

• 標準的ブラックホールモデルでは説明できない低質量X線連星（LMXB）および銀河系ブラックホール候補（GBHC）のスペクトル的・時間的挙動の不一致を解消すること。
• イベントホライズンの直接的観測的証拠の欠如と、ディッピング源におけるコン pact 冠状態の不自然さに対処すること。
• 共通の磁気圏的起源に基づき、GBHCと中性子星の静止状態および低状態における挙動を統一すること。
• 捕獲面や曲率特異点を回避する強い等価原理（SPOE）に基づく相対論的モデルを構築すること。
• 観測可能なスペクトル的・偏光的特徴を予測することで、ブラックホールの代替としての検証可能性を提供すること。

提案手法

• 強い等価原理（SPOE）を強制することで、アインシュタイン場方程式の新規解を導出。物理的物質の世界線が常に時的であることを保証する。
• 非重力的力（例：等分配磁場）を含むエネルギー運動量テンソルTμνを構築し、世界線の完全性を動的に保証する。
• 中心天体を高い重力赤方偏移（z ~ 10⁸）と固有の磁気モーメント（~10²⁹ G cm³）を有する磁気圏恒久的収縮物体（MECO）としてモデル化する。
• 放射圧と重力のエディントンバランスを用いて、MECOの遅い、恒久的な収縮を安定化させる。
• 共回転磁気圏を介して、スペクトル状態遷移、静止状態の力率放射、およびジェット形成を説明する。
• 観測可能な特徴を予測：静止状態における約0.01 keVの熱的ピーク、高状態における鋭い食、およびX線偏光の可能性。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イベントホライズンや捕獲面を仮定せずに、銀河系ブラックホール候補のスペクトル的・時間的性質を一貫して説明できるか？
• RQ2 X線および光学データから推定されるGBHCの固有の磁気モーメントは、イベントホライズンの不在と安定した高赤方偏移コアの存在を示唆するか？
• RQ3 磁気圏物理学に基づく統一的モデルが、静止状態・低状態・高状態のGBHCおよび中性子星の挙動を説明できるか？
• RQ4 MECOと古典的ブラックホールまたは中性子星を区別する観測的特徴は何か？
• RQ5 厳密に強い等価原理に従う一般相対性理論において、GBHCに固有の磁気モーメントが存在することは整合的か？

主な発見

• アインシュタイン場方程式のMECO解は、強い等価原理と整合的であり、捕獲面や曲率特異点を回避する。
• 固有の磁気モーメント（~10²⁹ G cm³）と高い赤方偏移（z ~ 10⁸）を有するGBHCは、有効温度が約0.01 keVで、静止状態の放射度約10³¹ erg/sを説明できる。
• MECOモデルは、共回転磁気圏を介して、GBHCおよび中性子星におけるスペクトル状態遷移、静止状態の力率放射、およびジェット形成を統一的に説明できる。
• 高状態のGBHCは、小さな明るい中心MECOのため、鋭い食を示す可能性があり、これは標準的なディスク支配のソフト成分とは矛盾する。
• MECOの中心放射は、等分配磁場内のペアプラズマ大気のため、検出可能なX線偏光を示す可能性がある。
• 孤立したMECOは、弱く偏光したUV源として現れ、ソフトX線力率尾を示す可能性があり、これにより検出の道筋が示される。