[論文レビュー] Mass - radius ratio bounds for compact objects in Massive Gravity theory

Parinya Kareeso, Piyabut Burikham+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、ゲージ粒子が微小な非ゼロ質量を持つ理論であるマスイブ・グラビティ（Massive Gravity）におけるコンパクト物体の質量-半径限界を導出する。宇宙定数と非ゼロのゲージ粒子質量を伴う静水圧平衡および質量連続方程式を解くことで、一般相対性理論とは異なる一般化されたブーデル関係および赤方偏移限界を確立し、天体物理学的文脈におけるマスイブ・グラビティ理論の観測的検証可能性を示す。

ABSTRACT

We consider the mass-radius bounds for spherically symmetric static compact objects in Massive Gravity theories free of ghosts. In this type of gravitational theories the graviton, the quantum of gravity, may have a small, but non-vanishing mass. We derive the hydrostatic equilibrium and mass continuity equations in Massive gravity in the presence of a cosmological constant and for a non-zero graviton mass. The case of the constant density stars is also investigated by numerically solving the equilibrium equations. The influence of the graviton mass on the global parameters (mass and radius) of these stellar configurations is also considered. The generalized Buchdahl relations, giving the upper and lower bounds of the mass-radius ratio are obtained, and discussed in detail. As an application of our results we obtain gravitational red shift bounds for compact stellar type objects in Massive Gravity, which may (at least in principle) be used for observationally testing Massive Gravity theory in an astrophysical context.

研究の動機と目的

• 非ゼロのゲージ粒子質量が球対称コンパクト物体の構造に与える影響を調査すること。
• 宇宙定数および非ゼロのゲージ粒子質量を伴うマスイブ・グラビティにおける静水圧平衡および質量連続方程式を導出すること。
• このような物体の質量-半径比に対する一般化されたブーデル限界を特定すること。
• 星型コンパクト物体に適用可能な重力赤方偏移限界を通じて、観測的意味を検討すること。

提案手法

• 非ゼロのゲージ粒子質量および宇宙定数を伴うマスイブ・グラビティにおける静水圧平衡および質量連続方程式の定式化。
• マスイブ・グラビティにおける定密度星モデルの平衡方程式の数値的解法。
• 質量-半径比の上限および下限を設定する一般化されたブーデル関係の導出。
• 宇宙定数およびゲージ粒子質量を場の運動方程式に組み込み、星の構造に与える影響を分析すること。
• ゲージ粒子質量およびコンパクトネスパラメータに依存する重力赤方偏移限界の計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ゼロのゲージ粒子質量は、マスイブ・グラビティにおけるコンパクト物体の質量-半径関係をどのように変化させるか？
• RQ2 ゲージ粒子に有限の質量がある場合、質量-半径比に対する一般化されたブーデル限界は何か？
• RQ3 宇宙定数の導入は、マスイブ・グラビティにおけるコンパクト星の平衡構造にどのように影響を与えるか？
• RQ4 重力赤方偏移の測定は、マスイブ・グラビティ理論に対する観測的制約を提供できるか？

主な発見

• マスイブ・グラビティにおける一般化されたブーデル関係は、ゲージ粒子質量のため、一般相対性理論とは異なる質量-半径比の上限および下限を設定する。
• ゲージ粒子質量は定密度星のコンパクトネスおよび半径を顕著に変化させ、標準的なブーデル限界からの測定可能なずれを示す。
• ゲージ粒子質量および宇宙定数に明示的に依存する重力赤方偏移限界が導出され、観測的検証の可能性を提供する。
• 数値的解法により、ゲージ粒子質量の増加に伴い、安定配置における最大許容コンパクトネスが減少することが確認された。