[论文解读] The magnetic field of pulsars and the gravito-magnetic theory

Jacob Biemond|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 43被引用 4

一句话总结

本文提出，脉冲星的磁场源于在修正广义相对论框架下的引力-磁效应，从引力起源推导出四极电荷密度和一种新的电磁磁偶极矩。研究发现，与标准偶极辐射模型相比，该引力-磁理论对13颗慢速旋转双星脉冲星观测到的磁场具有更好的一致性，支持脉冲星磁性起源于引力的观点。

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.

研究动机与目标

• 通过修正广义相对论的解释，研究脉冲星磁场的引力起源。
• 检验威尔逊-布雷克特经验公式是否可从引力-磁理论推导得出。
• 将引力-磁理论预测与脉冲星的观测磁场进行比较，尤其关注慢速旋转双星系统。
• 评估从自转降速数据中提取的平均磁场与引力-磁理论预测在大样本脉冲星中的一致性。
• 探讨电磁与引力-磁贡献在脉冲星总磁偶极矩中的作用。

提出的方法

• 利用引力-磁理论框架，推导出脉冲星的四极电荷密度。
• 引入一种由背景引力-磁场所引起的电磁感应所产生的新磁偶极矩。
• 将引力-磁模型应用于预测脉冲星的磁场强度。
• 将引力-磁模型的预测磁场与13颗吸积的、慢速旋转双星脉冲星的观测值进行比较。
• 使用磁偶极自转降速模型，从100颗脉冲星样本中提取平均（引力-磁）磁场。
• 分析制动指数以分离电磁与引力-磁分量的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从广义相对论的引力-磁解释中推导出脉冲星磁场的威尔逊-布雷克特公式？
• RQ2 与标准偶极辐射模型相比，引力-磁理论预测在慢速旋转双星脉冲星中与观测磁场的一致性如何？
• RQ3 电磁起源对脉冲星磁偶极矩的贡献有多大，与引力-磁起源如何区分？
• RQ4 脉冲星观测到的自转降速行为在多大程度上与引力-磁模型预测一致？
• RQ5 能否将从脉冲星自转降速数据中提取的平均磁场与引力-磁理论相协调？

主要发现

• 引力-磁理论成功预测了脉冲星中四极电荷密度的分布。
• 通过物质与背景引力-磁场的相互作用，产生了一种新的电磁磁偶极矩。
• 对于13颗吸积的、慢速旋转的双星脉冲星，引力-磁理论预测与观测磁场的一致性优于标准磁偶极辐射模型。
• 在100颗脉冲星的样本中，从自转降速数据中提取的平均（引力-磁）磁场与引力-磁理论预测具有合理的符合度。
• 一阶和二阶制动指数仅依赖于电磁磁场贡献，表明其与引力-磁效应完全解耦。
• 尽管理论一致，但（引力-磁）磁场尚未被直接测量。