[論文レビュー] Gravitational Lensing by Wormholes

Juan Manuel Tejeiro S., Eduard Alexis Larranaga R.|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2005

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、漸近平坦な時空におけるモーリス＝トーンのワームホールによる重力レンズ効果を、レンズ効果理論の強力場極限を用いて調査している。ワームホールはブラックホールと同様の偏光角を生じさせ、収束レンズとしての性質を示し、重力レンズ効果のみでは区別が困難であることが判明した—これはクレーマーらおよびサファノヴァらの先行研究とは対照的である。

ABSTRACT

Abstract. Natural wormholes and its astrophysical signatures have been sugested in various oportunities. By applying the strong field limit of gravitational lensing theory, we calculate the deflection angle produced by Morris-Thorne wormholes in asimptotically flat space-times. The results show that wormholes act like convergent lenses. Therefore it is hard to distinguish them from black holes using the gravitational lens effect, in contrast with the results reported by Cramer et.al. and Safanova et.al. 1.

研究の動機と目的

• ワームホールがブラックホールとは異なる重力レンズ効果の特徴を示すかどうかを検討すること。
• 先行研究でワームホールがレンズ効果によって区別可能であると示唆された矛盾を解消すること。
• 漸近平坦な時空におけるモーリス＝トーンのワームホールに、重力レンズ効果理論の強力場極限を適用すること。
• レンズ効果がワームホールとブラックホールの区別に有効かどうかを検証すること。

提案手法

• 重力レンズ効果理論の強力場極限近似を採用し、偏光角を計算すること。
• 漸近平坦な時空におけるモーリス＝トーンのワームホールの時空幾何をモデル化すること。
• 強力場条件下でのレンズ方程式を用いて像の形成と増幅を分析すること。
• 得られたレンズ効果パターンをブラックホールが予測するものと比較すること。
• 解析的手法を用いて、影響パラメータの関数としての偏光角を導出すること。
• 収束性と臨界曲線の観点からレンズ効果の強度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力レンズ効果は、モーリス＝トーンのワームホールとブラックホールを区別できるか？
• RQ2 強力場条件下でワームホールは特徴的なレンズ効果を示すか？
• RQ3 強力場極限において、ワームホールによる光の偏光角はブラックホールと比べてどうなるか？
• RQ4 ワームホールのレンズ効果は、ブラックホールで観測された収束レンズの性質と整合性を持つか？
• RQ5 先行研究で示された、ワームホールに特有のレンズ効果による検出可能性は、厳密な強力場解析のもとで成立するか？

主な発見

• ワームホールは、ブラックホールと同様に収束レンズとしての挙動を示す偏光角を生じる。
• 強力場極限解析により、ワームホールはブラックホールと類似した相対論的像を複数生成することが判明した。
• 強力場領域では、ワームホールのレンズ効果パターンはブラックホールのそれと区別がつかない。
• クレーマーらおよびサファノヴァらの主張とは対照的に、ワームホールは特異なレンズ効果によって検出可能であるという主張は、本研究の結果と矛盾する。
• 光の球面付近では偏光角が著しく増加し、ブラックホールと同等の強いレンズ効果を示す。
• ワームホールは効果的な収束レンズとして機能し、重力レンズ効果のみでは観測的区別が極めて困難である。