[論文レビュー] Constraining Generic Lorentz Violation and the Speed of the Graviton with Gravitational Waves

Saeed Mirshekari, Nicolás Yunes+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2011

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用数 19

ひとこと要約

本稿では、重力波伝播における一般化されたローレンツ対称性の破れをモデル化するパラメータ化された分散関係を提案し、そのような効果が波形位相の進化に与える影響を示し、重力波観測を用いて制約を求める方法を提示する。分散関係が重力子の運動量の低いべき乗に比例する場合、ローレンツ対称性の破れに対する制約がより厳しくなることが判明しており、特に弱く比例するモデルに最も強い制約が適用可能である。

ABSTRACT

Modified gravity theories generically predict a violation of Lorentz invariance, which may lead to a modified dispersion relation for propagating modes of gravitational waves. We construct a parametrized dispersion relation that can reproduce a range of known Lorentz-violating predictions and investigate their impact on the propagation of gravitational waves. A modified dispersion relation forces different wavelengths of the gravitational wave train to travel at slightly different velocities, leading to a modified phase evolution observed at a gravitational-wave detector. We show how such corrections map to the waveform observable and to the parametrized post-Einsteinian framework, proposed to model a range of deviations from General Relativity. Given a gravitational-wave detection, the lack of evidence for such corrections could then be used to place a constraint on Lorentz violation. The constraints we obtain are tightest for dispersion relations that scale with small power of the graviton's momentum and deteriorate for a steeper scaling.

研究の動機と目的

• パラメータ化された分散関係を用いて、修正重力理論における既知のローレンツ対称性の破れの予測を網羅的にモデル化すること。
• ローレンツ対称性の破れに起因する補正を、重力波検出器での観測可能な波形効果にマッピングすること。
• 重力波観測データを用いてローレンツ対称性の破れに対する制約を導出すること。
• 分散関係の異なるスケーリング行動におけるこれらの制約の感度を評価すること。

提案手法

• 修正重力理論における既知のローレンツ対称性の破れの予測を網羅するパラメータ化された分散関係を構築する。
• 分散関係が周波数依存の群速度を引き起こし、重力波信号の位相進化を変化させる。
• 修正された位相進化を、直接重力波観測と比較可能なパラメータ化されたポスト・アインシュタイン（ppE）フレームワークにマッピングする。
• ローレンツ対称性の破れ補正を組み込んだ理論的波形を導出し、観測データと比較して制約を推定する。
• 分散関係の重力子運動量に対する異なるべき乗スケーリングにおいて制約を評価する。
• 重力波信号に観測されたずれがないものと仮定して、ローレンツ対称性の破れパラメータの上界を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローレンツ対称性の破れを示す分散関係は、重力波の位相進化にどのように影響を与えるか？
• RQ2 現在の重力波データを用いて、このような修正はどの程度検出可能または制約可能か？
• RQ3 ローレンツ対称性の破れに対する制約は、分散関係の関数的形にどのように依存するか？
• RQ4 重力波観測の感度は、分散関係の異なるべき乗スケーリングにどの程度依存するか？
• RQ5 ローレンツ対称性の破れ補正は、パラメータ化されたポスト・アインシュタイン形式にどのようにマッピングされるか？

主な発見

• ローレンツ対称性の破れを示す分散関係は、周波数依存の群速度を引き起こし、重力波信号に測定可能な位相シフトをもたらす。
• ローレンツ対称性の破れに起因する修正された位相進化は、パラメータ化されたポスト・アインシュタインフレームワーク内で効果的にモデル化可能である。
• 重力子の運動量の低いべき乗に比例する分散関係に対して、ローレンツ対称性の破れに対する制約が最も強力である。
• 分散関係の勾配が急になるべき乗スケーリングでは、制約が著しく弱まる。
• 重力波データに観測されたずれがないことから、ローレンツ対称性の破れは検出されなかったとみなされ、対応するパラメータの上界が設定可能である。