[논문 리뷰] The magnetic field of pulsars and the gravito-magnetic theory

Jacob Biemond|arXiv (Cornell University)|2004. 01. 22.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 43인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 수정된 일반 상대성 이론 프레임워크 내에서 중력-자기 효과로부터 펄서의 자기장이 기인한다는 것을 제안하며, 중력 기원에서 기인한 이중극 전하 밀도와 새로운 전자기 자기 이중극 모멘트를 유도한다. 13개의 느리게 도는 이중성 펄서에서 관측된 자기장과 중력-자기 예측 간의 일치도가 표준 이중극 복사 모델보다 더 좋으며, 이는 펄서 자기장의 중력 기원을 지지한다.

ABSTRACT

Many authors have considered a gravitational origin of the magnetic field of celestial bodies. Especially, the so-called Wilson-Blackett formula has been investigated, both theoretically and observationally. It appeared possible to deduce this formula from general relativity, e. g., by application of a special interpretation of gravito-magnetic theory. More consequences of the latter theory for pulsars will be considered in this work. As an example, the standard quadrupolar charge density for pulsars can be deduced from the gravito-magnetic theory. Moreover, a new magnetic dipole moment from electromagnetic origin is found, generated in the basic magnetic field from gravito-magnetic origin. In general, for thirteen accreting, slowly rotating, binary pulsars the agreement between the observed magnetic field and the gravito-magnetic prediction is better than between the observed value and the value from the standard magnetic dipole radiation model. At present, an analogous comparison for five isolated pulsars appears to be difficult. For a sample of 100 pulsars the averaged (gravito-)magnetic field, extracted from the magnetic dipole spin-down model, is in fair agreement with the gravito-magnetic prediction. Unfortunately, the (gravito-)magnetic field has not yet directly been measured. Finally, it is found that the first and second order braking indices only depend on the magnetic field from electromagnetic origin.

연구 동기 및 목표

• 수정된 일반 상대성 이론의 해석을 통해 펄서 자기장의 중력 기원을 조사하기.
• 윌슨-블랙릿 경험 공식이 중력-자기 이론에서 유도될 수 있는지 테스트하기.
• 중력-자기 예측을 관측된 펄서 자기장과 비교하여, 특히 느리게 도는 이중성 시스템에서의 경우를 중심으로 분석하기.
• 100개의 펄서 샘플을 통해 스핀 다운 데이터로부터 추출한 평균 자기장이 중력-자기 예측과 얼마나 일치하는지 평가하기.
• 펄서의 총 자기 이중극 모멘트에 있어 전자기적 기여와 중력-자기적 기여의 역할 탐색하기.

제안 방법

• 중력-자기 이론 프레임워크를 사용하여 펄서의 이중극 전하 밀도를 유도한다.
• 배경 중력-자기장에 의한 전자기 유도로 인해 발생하는 새로운 자기 이중극 모멘트를 도입한다.
• 중력-자기 모델을 적용하여 펄서의 자기장 강도를 예측한다.
• 13개의 수증기 흡수, 느리게 도는 이중성 펄서에서 중력-자기 모델의 예측 자기장과 관측값을 비교한다.
• 자기 이중극 스핀 다운 모델을 사용하여 100개의 펄서 샘플에서 평균 (중력-)자기장을 추출한다.
• 브레이킹 인덱스를 분석하여 전자기적 기여와 중력-자기적 기여를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 윌슨-블랙릿 경험 공식이 일반 상대성 이론의 중력-자기 해석에서 유도될 수 있는가?
• RQ2 표준 이중극 복사 모델과 비교하여, 중력-자기 예측이 느리게 도는 이중성 펄서에서 관측된 자기장과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 전자기 기원이 펄서의 자기 이중극 모멘트에 기여하는 정도는 어떠한가? 이는 중력-자기 기원과 구별하여 분석한다.
• RQ4 펄서의 관측된 스핀 다운 거동이 중력-자기 모델의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 펄서 스핀 다운 데이터로부터 추출한 평균 자기장이 중력-자기 이론과 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 중력-자기 이론은 펄서 내에서 이중극 전하 밀도 분포를 성공적으로 예측한다.
• 물질이 배경 중력-자기장과 상호작용함으로써 새로운 전자기 자기 이중극 모멘트가 생성된다.
• 13개의 수증기 흡수, 느리게 도는 이중성 펄서에서 관측된 자기장과 중력-자기 예측 간의 일치도가 표준 자기 이중극 복사 모델보다 더 좋다.
• 100개의 펄서 샘플에서 스핀 다운 데이터로부터 추출한 평균 (중력-)자기장은 중력-자기 예측과 상당한 일치를 보인다.
• 일阶 및 이阶 브레이킹 인덱스는 전적으로 전자기 자기장 기여에 의존하며, 이는 중력-자기 효과와의 분리됨을 시사한다.
• 이론적 일관성에도 불구하고, (중력-)자기장은 아직 직접 측정되지 않았다.