[論文レビュー] Cosmology and galactic rotation curves

Philip D. Mannheim|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 1995

Relativity and Gravitational Theory参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、銀河の回転曲線がダークマターではなく共形重力によって説明可能であると提唱しており、宇宙論的ハッブルフローに起因する普遍的な線形ポテンシャルが観測された平坦な回転曲線を説明すると示している。このモデルは、非可視物質を必要とせず、特定の3次元空間スカラー曲率 $ k = -3.5 \times 10^{-60} \, \text{cm}^{-2} $ を持つ開いた宇宙を予測する。

ABSTRACT

We explore the possibility that the entire departure of galactic rotational velocities from their luminous Newtonian expectation be cosmological in origin, and show that within the framework of conformal gravity (but not Einstein gravity apparently) every static observer sees the overall Hubble flow as a local universal linear potential which is able to account for available data without any need for dark matter. We find that the Universe is necessarily an open one with 3-space scalar curvature given by $k = -3.5 imes 10^{-60}$cm$^{-2}$.

研究の動機と目的

• 観測された銀河の回転曲線とニュートン的予測との乖離が、ダークマターではなく宇宙論的効果に起因するかどうかを調査すること。
• アインシュタイン重力の代替としての共形重力が、非可視物質を仮定せずに観測された回転曲線データを再現できるかどうかを検証すること。
• すべての静止観測者に対してハッブルフローが普遍的な線形ポテンシャルとして現れるという要請から、3次元空間の空間曲率を導出すること。
• 観測された平坦な回転曲線が時空のグローバル構造から自然に生じるような宇宙論的枠組みを確立すること。

提案手法

• 共形重力を重力の枠組みとして採用し、計量に普遍的な線形ポテンシャル項を許容する。
• 共形重力におけるフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー型時空内での静止観測者が観測する有効ポテンシャルを導出する。
• ハッブルフローを、長距離作用する線形増加ポテンシャルの源とし、ダークマターホールの効果を模倣する。
• 共形重力の場の方程式を解き、調整可能なダークマターパラメータを一切用いずに、観測された回転曲線と一致するポテンシャルが得られることを示す。
• すべての観測者に対して線形ポテンシャルが一貫しているという要請から、3次元空間のスカラー曲率 $ k $ を計算する。
• 共形重力ポテンシャルから導かれる理論的回転曲線を、渦巻銀河の観測データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブルフローに起因する宇宙論的ポテンシャルが、ダークマターを仮定せずに渦巻銀河の平坦な回転曲線を説明できるか？
• RQ2 共形重力は、すべての静止観測者に対してハッブルフローが普遍的な線形ポテンシャルとして現れる一貫性のある枠組みを提供するか？
• RQ3 共形重力において観測された回転曲線に一致させるために必要な3次元空間スカラー曲率 $ k $ の値は何か？
• RQ4 共形重力は、アインシュタイン重力と比較してどのようにして銀河の回転データを説明するか？
• RQ5 この共形重力宇宙論において、宇宙は必然的に開いているのか？ 予測される曲率は何か？

主な発見

• このモデルは、ダークマターや調整可能なパrameterを一切必要とせず、観測された銀河の回転曲線をうまく再現する。
• 3次元空間のスカラー曲率は $ k = -3.5 \times 10^{-60} \, \text{cm}^{-2} $ と予測され、これは開いた宇宙を示している。
• ハッブルフローが、すべての銀河の回転曲線の平坦性を説明する普遍的な線形ポテンシャルを生成する。
• 線形ポテンシャルは共形重力の枠組みから自然に生じ、すべての静止観測者に対して一貫している。
• 理論は可視物質と宇宙論的ダイナミクスのみを用いて観測された回転曲線を説明し、非可視物質の必要性を排除する。
• この理論は、ダークマターを除いてはこのような普遍的な線形ポテンシャルを生成できない標準のアインシュタイン重力とは矛盾する。