[论文解读] Spherically symmetric electromagnetic mass models of embedding class one

S. K. Maurya, Yashwant Gupta+2 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文提出了三种新的球对称电磁质量模型，基于嵌入类一时空的爱因斯坦-闵可夫斯基框架，当电荷为零时，物理参数完全消失。这些模型满足所有物理检验，与观测到的致密星高度一致，验证了其作为高表面密度和红移的超致密、电荷驱动星体构型的可行性，且处于天体物理学可接受的范围内。

ABSTRACT

In this article we consider the static spherically symmetric spacetime metric of embedding class one. Specifically three new electromagnetic mass models are derived where the solutions are entirely dependent on the electromagnetic field, such that the physical parameters, like density, pressure etc. do vanish for the vanishing charge. We have analyzed schematically all these three sets of solutions related to electromagnetic mass models by plotting graphs and shown that they can pass through all the physical tests performed by us. To validate these special type of solutions related to electromagnetic mass models a comparison has been done with that of compact stars and shown exclusively the feasibility of the models.

研究动机与目标

• 开发基于嵌入类一时空的新球对称电磁质量模型，其固有特性限制中性对应物并避免退化真空态。
• 确保当电荷设为零时，密度和压强等物理参数完全消失，以满足电磁质量条件。
• 通过能量条件、因果性及稳定性等物理标准验证模型，并与观测到的致密星进行比较。
• 探索这些模型作为具有高表面密度和可接受红移的超致密星体构型的可行性。

提出的方法

• 研究采用嵌入类一时空的静态球对称度规，仅需六维即可实现等距嵌入。
• 选择的度规势函数并非史瓦西或科勒-赵解的子集，确保模型与标准中性流体解有本质区别。
• 在流体能量密度和压强在电磁场移除时完全消失的假设下求解爱因斯坦-闵可夫斯基场方程。
• 通过能量密度、压强、红移和绝热指数的图形分析评估物理可行性，并与已知奇异星候选体比较。
• 通过能量条件（零能、弱能、主导能）、因果性（v < c）及通过绝热指数评估稳定性，确保物理合理性。
• 针对RXJ 1856-37和PSR J1614-2230等特定致密星，计算中心和表面密度、压强及红移的数值，以验证天体物理学相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在嵌入类一时空中构建电磁质量模型，使其在电荷被移除时完全消失，而无需依赖ρ + p = 0的状态方程？
• RQ2 这些模型是否满足所有物理能量条件、因果性及稳定性标准，同时与观测到的致密星参数保持一致？
• RQ3 这些模型预测的表面红移和密度与已知致密星（如RXJ 1856-37和PSR J1614-2230）的观测数据相比如何？
• RQ4 嵌入类一时空是否能支持少于一般球对称度规的中性对应物的可行电磁质量模型？
• RQ5 电荷在稳定超致密星体构型、防止引力坍缩中起什么作用？

主要发现

• RXJ 1856-37的模型预测表面红移为Z = 0.3882，位于布赫达赫尔界限（Z ≤ 2）内，且符合其他研究中更严格的范围（Z ≤ 1）。
• 致密星候选体的中心密度范围为7.45 × 10¹⁴至2.43 × 10¹⁵ g/cm³，表明其为与奇异星模型一致的超致密星体构型。
• 表面密度量级为10¹⁴–10¹⁵ g/cm³，证实模型代表高度致密、紧凑的天体。
• RXJ 1856-37的中心压强达到2.22 × 10³⁵ dyne/cm²，与致密星中高压环境一致。
• 所有三组解均满足能量条件、因果性（v < c）及通过绝热指数 > 4/3的稳定性，确认其物理可行性。
• 当电荷为零时，模型不表现出任何中性对应物，确认其为电磁质量本质，此时度规变为平坦，所有物理参数完全消失。