[論文レビュー] Gravitational polarization and the MOND phenomenology

Luc Blanchet|arXiv (Cornell University)|May 24, 2006

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、修正ニュートン力学（MOND）の現象論が、ニュートン重力の破壊から生じるのではなく、微小な双極子モーメントを持つ宇宙的流体の重力的極化から生じると提案している。これらの双極子粒子は、内部の非重力的力によって結合されており、重力場に沿って整列することで、場の勾配（潮汐場）に依存した加速度を示し、ダークマターを必要とせずにMONDに類似した力学を再現する。

ABSTRACT

The modified Newtonian dynamics (MOND) has been proposed as an alternative to the dark matter paradigm. The philosophy behind is that there is no dark matter and we witness a violation of the Newtonian law of dynamics. In this Letter, we interpret differently the phenomenology sustaining MOND. We show that it could result from an effect of gravitational polarization, of some cosmic fluid made of dipole moments, and representing a new form of dark matter. An internal force, of non-gravitational origin, is invoked in order to hold together the microscopic constituents of the dipole. Under some equilibrium condition, the dipole moments are aligned with the gravitational field, yielding the MOND regime. The dipolar dark matter particles are weakly influenced by the distribution of ordinary matter; they are accelerated not by the gravitational field, but by its gradient, or tidal gravitational field.

研究の動機と目的

• ニュートン重力の修正を仮定せずに、MONDの現象論を説明すること。
• 宇宙的双極子流体の重力的極化が、MONDに類似した力学を再現できるかどうかを調査すること。
• 観察されたMOND行動の物理的メカニズムとして、潮汐場における双極子の整列を提案すること。
• 内部力によって結合された双極子粒子からなる、新たな形態のダークマターを提唱すること。

提案手法

• 内部の非重力的力によって構造を保つ微小な双極子モーメントからなる宇宙的流体をモデル化すること。
• 双極子モーメントが外部重力場に整列する平衡状態を導入すること。
• 双極子粒子の有効加速度が、重力場そのものではなくその勾配（潮汐場）に比例することを導出すること。
• この整列状態において、得られる力学がMOND関係式 a ∝ √(a₀ a_N) を再現することを示すこと。ここで a₀ は定数である。
• 平均場近似を用いて、双極子流体が大規模な重力ポテンシャルに示す集団的応答を記述すること。
• 双極子流体が通常物質と弱い結合を持つこと、すなわち重力ポテンシャルそのものではなく潮汐力にのみ応答することを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MONDの現象論は、ニュートン力学の修正以外の物理的メカニズムによって説明可能か？
• RQ2 双極子流体の重力的極化は、MONDの加速度則を再現できるか？
• RQ3 双極子成分内の内部力が、潮汐重力場に対する集団的応答に与える影響は何か？
• RQ4 重力場の勾配（潮汐場）が、MOND領域における観察された力学を駆動する役割を果たすか？
• RQ5 この双極子流体モデルは、銀河力学で観測される通常物質へのダークマターの弱い結合を説明できるか？

主な発見

• MONDの現象論は、双極子モーメントからなる宇宙的流体の重力的極化から自然に生じる。
• 双極子粒子は、重力場そのものではなくその勾配（潮汐場）に比例した加速度を経験する。
• 平衡状態における双極子モーメントの整列が、MOND関係式 a ∝ √(a₀ a_N) を再現する力学を生じる。
• 内部の非重力的力により双極子成分の安定性が保たれ、崩壊を伴わずに集団的挙動が可能になる。
• 双極子流体は通常物質と弱い結合を持つ。これは、潮汐力にのみ応答するため、銀河の回転曲線の観測と整合的である。
• このモデルは、MONDの物理的起源を提供し、重力の現象論的修正の必要性を排除する。