[論文レビュー] A scalar field matter model for dark halos of galaxies and gravitational redshift

Franz E. Schunck|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、質量のない複素スカラー場を用いたスカラー場物質モデルを提案し、粒子的ダークマターを必要とせずに銀河のダークマターハローと観測された回転曲線を説明する。一般相対性理論の解は高い重力赤方偏移を予測し、ダークマター構造と宇宙論的赤方偏移効果との潜在的な関連を示唆する。

ABSTRACT

We analyze the spherically symmetric Einstein field equation with a massless complex scalar field. We can use the Newtonian solutions to fit the rotation curve data of spiral and dwarf galaxies. From the general relativistic solutions, we can derive high gravitational redshift values.

研究の動機と目的

• 冷たいダークマター粒子の代わりにスカラー場を用いた、ダークマターハローの相対論的モデルの構築を目的とする。
• 見えない粒子的物質を仮定せずに、渦巻銀河および矮星銀河の平坦な回転曲線を説明することを目的とする。
• 一般相対性理論におけるスカラー場の解が、観測された重力赤方偏移を再現できるかどうかを調査することを目的とする。
• スカラー場物質が銀河力学と相対論的重力効果の両者と整合するかどうかを検討することを目的とする。
• 銀河スケール構造における標準的ダークマターの代替として、スカラー場の実現可能性を評価することを目的とする。

提案手法

• 質量のない複素スカラー場を源とする球対称なアインシュタイン場方程式を解く。
• スカラー場のニュートン近似を用いて、観測された銀河の回転曲線に適合させる。
• スカラー場ラグランジアンから一般相対性理論の解を導出し、時空の曲がりを分析する。
• 相対論的解の計量成分から重力赤方偏移を計算する。
• スカラー場モデルのニュートン的極限を観測された回転曲線データと比較する。
• 相対論的領域における計量テンソルの時間-時間成分から赤方偏移係数を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粒子的ダークマターを必要とせずに、スカラー場モデルが渦巻銀河および矮星銀河の平坦な回転曲線を再現できるか？
• RQ2 一般相対性理論におけるスカラー場ダークマター・モデルが予測する重力赤方偏移は何か？
• RQ3 スカラー場モデルのニュートン的解と相対論的解は、銀河力学を記述する上でどのように比較できるか？
• RQ4 スカラー場モデルは、宇宙論的観測と整合する高い重力赤方偏移を生じるか？
• RQ5 このモデルは、弱い場および強い場の領域におけるスカラー場の振る舞いにどのような制約を課えるか？

主な発見

• スカラー場モデルのニュートン的極限は、渦巻銀河および矮星銀河の回転曲線をうまく適合する。
• スカラー場から導かれる一般相対性理論の解は顕著な重力赤方偏移を示し、強い時空曲がり効果を示唆する。
• モデルはハロー領域で高い赤方偏移値を予測しており、深い重力ポテンシャル井戸における観測的シグネチャーの可能性を示唆する。
• スカラー場解は粒子的ダークマターを必要とせず、球対称かつ静的な銀河構造と整合する。
• 質量のない複素スカラー場は、銀河の回転曲線を説明する標準的ダークマターの有効な代替手段を提供する。
• モデルの相対論的解は、重力赤方偏移が無視できない大きさであり、スカラー場の振幅と曲がりに比例して増大することを示している。