[論文レビュー] A few remarks about the Pioneer anomaly

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|Nov 4, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、深宇宙探査機の太陽方向への観測された加速度（パイオニア異常）が、光子背景との相互作用に起因する宇宙論的減速に起因すると提案している。これは宇宙論的赤方偏移に類似している。モデルは、観測された異常加速度の太陽方向成分が、探査機の速度ベクトルと位置ベクトルのなす角度の余弦に依存することを予測しており、これは長距離にわたる楕円軌道においてこの角度の変化が小さいため、遠方でほぼ一定の加速度が観測されるのを説明する。

ABSTRACT

Some features of the Pioneer anomaly are discussed in context of author's explanation of this effect as a deceleration of the probes in the graviton background. It is noted that if the model is true then the best parameter of the anomalous acceleration should be not the distance to the Sun but a cosine of the angle between a velocity of the probe and its radius-vector.

研究の動機と目的

• パイオニア異常を、光子背景との相互作用に起因する宇宙論的減速として説明すること。
• 軌道の幾何学的性質を用いて、遠方（6.7–67 AU）で観測されたほぼ一定の異常加速度を説明すること。
• 惑星スライドバイ時に cosα が負になる場合に、異常加速度が符号反転することを予測すること。
• 今後のデータ、特にパイオニア11が木星および土星に近づいた際のデータに対してモデルを検証すること。
• パイオニア10のデータに観測された年間周期的残差を、地球が光子背景に対して運動するための結果として説明すること。

提案手法

• モデルは、光子背景との相互作用に起因する普遍的な減速 w ≈ Hc（ハッブル定数 × 光速）を仮定する。
• α が速度ベクトルと位置ベクトルのなす角度であるとき、w_s = -w · cosα を用いて異常加速度を太陽方向に投影する。
• 太陽の重力場におけるエネルギー保存則と角運動量保存則を適用し、長距離にわたる楕円軌道における cosα を推定する。
• 図3（[2]の図3）などの軌道プロットの視覚的推定を用いて、距離に応じた cosα の値（例：67 AU で ≈0.994）を推定する。
• 予測された cosα の時間的変化と、観測された異常加速度の時間的変化を比較する。特に惑星スライドバイ時の挙動に注目する。
• 探査機の固有時における w_s の時間的変化と cosα の時間的変化を比較することを、モデルの主要な検証法として提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パイオニア探査機の異常加速度は、光子背景モデルが予測するように、速度ベクトルと位置ベクトルのなす角の余弦 cosα に依存するか？
• RQ2 太陽からの距離が増加しても、なぜ異常加速度が遠方（例：67 AU）でほぼ一定に保たれるのか？
• RQ3 パイオニア10の残差に観測された年間周期的項は、地球が光子背景に対して運動するための結果として説明可能か？
• RQ4 cosα が負になるスライドバイ時に、異常加速度が符号反転するだろうか？
• RQ5 回収されたパイオニア11のテレメトリ（1.01–41.7 AU）の今後のデータが、異常加速度の予測された cosα 依存性を確認できるか？

主な発見

• 異常加速度の投影 w_s は、w_s = -w · cosα と予測され、これは距離ではなく軌道の幾何学的性質に依存することを示す。
• パイオニア10が67 AUにいるとき、cosα ≈ 0.994 であり、6.7–67 AU の範囲で cosα はわずかに5%程度しか変化しないため、観測されたほぼ一定の加速度が説明できる。
• パイオニア11が木星および土星にスライドバイした際、一時的に cosα が負になったため、モデルが正しければ異常加速度は符号反転する。
• パイオニア10の残差に観測された年間周期的項は、地球が光子背景に対して運動するためのモードレーションとして説明できる。
• このモデルは、低エネルギー量子重力の最初のマクロな実現例である可能性を示唆している。
• 閉じた軌道または非常に長く伸びた軌道を持つ今後のミッションが、w_s と cosα の時間的相関を検証するのに最適である。