[論文レビュー] Horava-Lifshitz gravity and Solar System orbital motions

Lorenzo Iorio, Matteo Luca Ruggiero|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2009

Relativity and Gravitational Theory被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、弱い場のシュバルツシルトブラックホールの類似物であるKehagias-Sfetsos解によって引き起こされる恒星系惑星軌道の歳差を分析することで、Horava-Lifshitz重力が太陽系惑星軌道に与える影響を調査している。結果として、惑星観測から次元のないHLパラメータ𝜓₀は水星では10⁻¹²、冥王星では10⁻²⁴の範囲に制限されるが、20 AUを超える距離ではPioneer異常を説明できない。

ABSTRACT

We focus on Horava-Lifshitz (HL) theory of gravity, and, in particular, on the Kehagias and Sfetsos s solution that is the analog of Schwarzschild black hole of General Relativity. In the weak-field and slow-motion approximation we analytically work out the secular precession of the longitude of the pericentre of a test particle induced by this solution. Its analytical form is different from that of the general relativistic Einstein's pericentre precession. Then, we compare it to the latest determinations of the corrections to the standard Newtonian/ Einsteinian planetary perihelion precessions recently estimated by E.V. Pitjeva with the EPM2008 ephemerides. It turns out that the planets of the solar system, taken singularly one at a time, allow to put lower bounds on the adimensional HL parameter \psi_0 of the order of 10^-12 (Mercury) 10^-24 (Pluto). They are not able to account for the Pioneer anomalous acceleration for r > 20 AU.

研究の動機と目的

• Horava-Lifshitz重力が太陽系における異常な軌道歳差を説明できるかどうかを評価すること。
• HL重力におけるKehagias-Sfetsos解の予測を、高精度な惑星エフェマリスと比較すること。
• 惑星近日点歳差データを用いて、次元のないHLパラメータ𝜓₀の観測的制約を導出すること。
• HL重力が20 AUを超える距離でのPioneer異常加速度を説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• Horava-Lifshitz重力の弱い場およびゆっくりとした運動の近似を採用し、テスト粒子の軌道歳差を導出すること。
• 一般相対性理論におけるシュバルツシルト解に類似した重力的背景として、Kehagias-Sfetsos解を用いること。
• このHLフレームワーク内での近日点の長さの恒星歳差を解析的に計算すること。
• 理論的歳差率を最新のEPM2008エフェマリスに基づく惑星近日点補正推定値と比較すること。
• 個々の惑星からの観測的制約を用いて、次元のないHLパラメータ𝜓₀を制約すること。
• モデルが、日周距離r > 20 AUにおけるPioneer異常加速度と整合するかどうかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Horava-Lifshitz重力は、最新の惑星エフェマリスデータと整合する近日点歳差率を予測するか？
• RQ2 惑星の運動から導かれる次元のないHLパラメータ𝜓₀の観測的制約は何か？
• RQ3 HL重力におけるKehagias-Sfetsos解は、r > 20 AUにおけるPioneer異常加速度を説明できるか？
• RQ4 HLによる歳差は、一般相対性理論におけるアインシュタイン的近日点歳差と解析的にどのように異なるか？
• RQ5 異なる惑星はHLパラメータ𝜓₀に対してどの程度感度が高く、それぞれの制約はどのように比較できるか？

主な発見

• Horava-Lifshitz重力におけるKehagias-Sfetsos解は、一般相対性理論の予測とは解析的に異なる近日点歳差率を引き起こす。
• 水星が次元のないHLパラメータ𝜓₀に対して最も厳しい制約を与え、約10⁻¹²の境界値を導出する。
• 冥王星が最も緩い制約を与え、次元のないHLパラメータ𝜓₀に対して約10⁻²⁴の境界値を導出する。
• 個々の惑星からの制約では、日周距離r > 20 AUにおけるPioneer異常加速度を説明するには不十分である。
• モデルは20 AUを超える距離ではPioneer異常を説明できない。なぜなら、その場合に必要な𝜓₀の値は惑星の軌道データと整合しないからである。