[論文レビュー] Gravitational Waves Bounds in Brane-Worlds

Miguel A. García-Aspeitia|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jun 6, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、PSR B1913+16連星パルサー系からの重力波観測を用いて、brane-worldモデルにおけるbrane張力の天体物理学的制約を提案する。ランダム＝サンズIIモデルにおける重力波の放射パワーと軌道減衰率を修正することで、brane張力の下界を約1.1194 × 10⁴⁸ EeVとして導出し、宇宙論的制約と整合的であり、中性子星の安定性とも両立している。

ABSTRACT

This paper is dedicated to investigate an astrophysical method to obtain the new dynamics generated by extra dimensions as well as bounds for the brane tension. Using the modified Einstein equations in the brane with a vanishing non-local effects, we study the contributions of the modified radiated power by gravitational waves and the stellar period modified by branes in a binary system composed by two neutron stars. Finally we propose two lower energy bounds, using these astrophysical methods.

研究の動機と目的

• 重力波放射の天体物理学的観測を用いて、brane-world状況におけるbrane張力を制約すること。
• 余剰次元が連星中性子星系における重力波パワーと軌道減衰率に与える影響を調査すること。
• PSR B1913+16連星パルサー系の観測データを用いて、brane張力の新たな下界を導出すること。
• 修正されたアインシュタイン方程式と観測された軌道減衰率を比較することで、高エネルギー領域におけるbrane-worldモデルの妥当性を評価すること。
• 導出されたbrane張力の制約が、核合成および星の安定性制約とどのように整合するかを評価すること。

提案手法

• 余剰次元からの二次エネルギー運動量補正を組み込んだ、brane上の4次元有効アインシュタイン方程式を用いて、連星系が放射する修正された重力波パワーを導出する。
• 修正されたパワー式をPSR B1913+16連星系に適用し、理論的予測と観測された軌道減衰率を比較する。
• brane効果が支配的になる高エネルギー領域における、修正されたアインシュタイン方程式から導かれた、軌道周期減衰率の式を用いる。
• 非局所的ウェイルテンソル効果（重力子の漏れ出し）を無視することで、brane張力が放射パワーに与える寄与を分離する。
• テイラーとワイズバーグ（1982年）の観測データを用い、連星パルサーの軌道周期と減衰率をもとに、brane張力パラメータを制約する。
• 理論的修正パワーと観測パワーを等置することでλ_Vについて解くことにより、brane張力の下界を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSR B1913+16連星系における重力波観測から導かれるbrane張力の下限は何か？
• RQ2 brane-world補正は、一般相対性理論と比較して、連星中性子星系が放射する重力波パワーにどのように影響を与えるか？
• RQ3 高エネルギーbrane-world領域における修正された軌道周期減衰率の形態は何か？
• RQ4 導出されたbrane張力の制約は、核合成およびCMBからの既存の宇宙論的制約とどのように比較されるか？
• RQ5 修正されたbrane-worldパワー則は、中性子星の天体物理学的安定性条件と整合的か？

主な発見

• 本稿は、PSR B1913+16連星系からの重力波データを用いて、brane張力λ_V ≈ 1.1194 × 10⁴⁸ EeVの下界を導出する。
• 修正された重力波パワーは、1 + 4μ²/λ_V²の係数で増幅される。ここでμは連星系の換算質量である。
• brane効果が支配的になる高エネルギー領域では、放射パワーが⟨P_Br⟩ ≈ 4μ²⟨P_GR⟩/λ_V²とスケーリングする。
• 導出された制約は、核合成制約λ_V > (1 MeV)⁴と一致しており、星の安定性条件とも整合的である。
• 非局所的（ウェイル）効果が無視可能であるという仮定のもとで、この結果は安定しており、brane張力の寄与を分離している。
• この結果は、他の宇宙論的および天体物理学的制約とも両立しており、このエネルギースケールにおいてbrane-worldモデルが依然として妥当である可能性を示唆している。