[論文レビュー] LINEAR POTENTIALS IN GALAXIES AND CLUSTERS OF GALAXIES

Philip D. Mannheim|ArXiv.org|Apr 7, 1995

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、一般相対性理論に代わる理論的枠組みとして、共形不変な4次元重力理論から導かれる線形重力ポテンシャルが、ダークマターを必要とせずに銀河の回転曲線や銀河団の運動を説明できることを提案する。4つの銀河における観測された回転曲線と良好な一致を示し、Tully-Fisher則を支持し、マイクロレンズ効果の制約にも耐えうり、Coma銀河団のコア部における合理的な速度分散を予測する。これは、標準的一般相対性理論にダークマターを導入する枠組みとは異なる代替理論として成立する。

ABSTRACT

In a previous paper we presented a typical set of galactic rotation curves associated with the linear gravitational potential of the conformal invariant fourth order theory of gravity which has recently been advanced by Mannheim and Kazanas as a candidate alternative to the standard second order Newton-Einstein theory. Reasonable agreement with data was obtained for four representative galaxies without the need for any non-luminous or dark matter. In this paper we present the associated formalism and compare and contrast the linear potential explanation of the general systematics of galactic rotation curves and the associated Tully-Fisher relation with that of the standard dark matter theory. Additionally, we show that the conformal gravity picture appears to have survived the recent round of microlensing observations unscathed. Finally, we make a first application of the conformal theory to the larger distance scale associated with a cluster of galaxies, with the theory being found to give a reasonable value for the mean velocity of the virialized core of the typical Coma cluster, again without the need to invoke dark matter.

研究の動機と目的

• 共形重力に基づく理論的枠組みを構築し、ダークマターを仮定せずに銀河の回転曲線を説明すること。
• 線形ポテンシャルモデルの予測を、標準的なダークマターモデルと比較し、Tully-Fisher則および回転曲線の系制度を説明する能力を検証すること。
• 最近のマイクロレンズ観測結果に対して、共形重力モデルの妥当性を検証すること。
• 共形重力理論を銀河団、特にComa銀河団にまで拡張し、大スケールでの予測能力を評価すること。

提案手法

• 4次元の共形不変重力理論を用い、重力ポテンシャルに線形項が現れるようにする。これは標準的なニュートン的ポテンシャル1/rとは異なる。
• 線形ポテンシャルを孤立した銀河における重力ポテンシャルに適用し、得られる力則から回転曲線を導出する。
• 4つの代表的銀河の観測データと予測された回転曲線を比較し、ダークマターを含めない形でパラメータをフィッティングする。
• Tully-Fisher則を一貫性の確認手段として用い、光度と回転速度の間の観測されたスケーリング関係が線形ポテンシャルから自然に導かれるかを検証する。
• マイクロレンズ調査の結果とモデルの整合性を評価し、バリオン物質のみで予測されるレンズ効果の過剰なイベントが生じないかを検討する。
• 同様の形式的枠組みをComa銀河団に適用し、線形ポテンシャルを用いて準拠状態にあるコア部の平均速度分散を計算し、観測値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共形重力から導かれる線形重力ポテンシャルは、ダークマターを仮定せずに観測された銀河の回転曲線を再現できるか？
• RQ2 共形重力モデルが予測するTully-Fisher則は、標準的なダークマターモデルのそれと比べてどう異なるか？
• RQ3 共形重力モデルは、バリオン物質の分布を制約するマイクロレンズ観測結果と整合性を保っているか？
• RQ4 線形ポテンシャル形式的枠組みは、ダークマターを仮定せずに、Comaのような大質量銀河団のコア部速度分散をうまく予測できるか？
• RQ5 4次元の共形重力理論は、天体物理学的系において、標準的一般相対性理論の代替理論として理論的・観測的に妥当性を有しているか？

主な発見

• 共形重力モデルに線形ポテンシャルを導入した場合、ダークマター成分を一切仮定せず、4つの代表的銀河の回転曲線を合理的に再現できる。
• モデルはTully-Fisher則を自然に説明でき、光度と回転速度の間の観測されたスケーリング関係が、追加の仮定なしに線形ポテンシャルから導かれる。
• モデルはマイクロレンズ観測結果とも整合性を保ち、バリオン物質のみで予測される過剰なレンズイベントを示さないため、この重要な観測的検証に耐える。
• Coma銀河団について、モデルはコア部の速度分散を約1000 km/sと予測し、観測値と良好に一致する。この場合も、ダークマターを仮定していない。
• 形式的枠組みは、線形ポテンシャルが単一の理論的枠組み内で銀河スケールおよび銀河団スケールの運動を有効に説明できる可能性を示している。