[論文レビュー] Post-Newtonian limit of hybrid metric-Palatini f(R)-gravity

P. I. Dyadina, S. P. Labazova+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、計量およびパラティーニ f(R) アプローチを統合する修正重力理論であるハイブリッド・メトリック-パラティーニ f(R)-重力の、ポストニュートン近似（PPN）極限を調査する。最新の MESSENGER による PPN パラメータ γ および β の制約を用いて、著者らはこのモデルの光るスカラー場が太陽系の実験と整合することを示し、γ および β を含むすべての PPN パラメータにおいて理論の妥当性を裏付け、弱場領域における現在の実験的データとの整合性を確認した。

ABSTRACT

Using the latest most accurate values of post-Newtonian parameters $γ$ and $β$ obtained by MESSENGER we impose restrictions on the recently proposed hybrid f(R)-gravity model in its scalar-tensor representation. We show that the presence of a light scalar field in this theory does not contradict the experimental data based not only on the $ γ$ parameter (as was shown earlier), but also on all other PPN parameters. The application of parameterized post-Newtonian formalism to gravitational theories with massive fields is also discussed.

研究の動機と目的

• 弱場・ポストニュートン領域におけるハイブリッド・メトリック-パラティーニ f(R)-重力の妥当性を評価すること。
• この理論のスカラーテンソル表現が、現在のポストニュートンパラメータに関する実験的制約を満たすかどうかを検証すること。
• この理論の軽いスカラー場が太陽系観測、特に γ および β パラメータと整合するかどうかを検討すること。
• 質量を持つスカラー場を有する重力モデルに、パrameterized post-Newtonian（PPN）形式主義を適用する拡張を試みること。

提案手法

• 理論は、ハイブリッド f(R)-重力モデルが特定のポテンシャル V(φ) を持つブランド-ディック型理論に写像されるスカラーテンソル表現で分析される。
• ポストニュートン近似極限は、系内の典型的な速度 v について v²/c² のべき級数展開により導出される。
• 弱場極限におけるスカラー場および計量の摂動から、PPN パラメータ γ および β が計算される。
• 理論的予測値を MESSENGER 任務による最新の観測値と比較する。
• スカラー場の質量による有限レンジおよびスクリーニング機構の効果を含めた分析が行われる。
• 弱場重力テストと整合性を持つように、質量を持つスカラー場を有する理論に対しても PPN 形式主義を適応させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッド・メトリック-パラティーニ f(R)-重力モデルは、ポストニュートンパラメータ γ の実験的制約を満たすか？
• RQ2 MESSENGER による測定で得られたポストニュートンパラメータ β の制約に対しても、このモデルは整合的か？
• RQ3 この理論のスカラーテンソル表現は、太陽系のテストを破壊しない軽いスカラー場をどのように扱えるか？
• RQ4 質量を持つスカラー場の存在が、このハイブリッドモデルにおける PPN パラメータにどのように影響を与えるか？
• RQ5 質量を持つスカラー場を有する修正重力理論に、PPN 形式主義を信頼性高く適用できるか？

主な発見

• ハイブリッド・メトリック-パラティーニ f(R)-重力モデルは、ポストニュートンパラメータ γ に関する最新の MESSENGER 制約と整合する。
• このモデルは β パラメータの制約に対しても満たされており、γ だけではなく理論全体の妥当性が確認される。
• 理論に存在する軽いスカラー場でさえ、すべての PPN パラメータを考慮しても太陽系で観測可能なずれを引き起こさない。
• スカラーテンソル表現は、高密度環境におけるスカラー場の動的スクリーニングを適切に再現し、必要な弱場挙動を成功裏に再現する。
• 質量を持つスカラー場を有する理論に PPN 形式主義を適用することは可能であり、モデルのパラメータに対する意味のある制約をもたらす。
• 結果は、宇宙論的および局所的重力領域の両方において、ΛCDM の代替理論としてのハイブリッド・メトリック-パラティーニ f(R)-重力の妥当性を支持する。