[論文レビュー] Radial acceleration relation from screening of fifth forces

Clare Burrage, Edmund J. Copeland+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、銀河スケールでシンメトロン機構によるスクリーニングを経て第五力が遮断される非最小結合スカラー場が、回転支持銀河における半径方向加速度関係を生じさせることを提案している。これにより、冷たい暗黒物質の必要性が不要になる。さらに、シンメトロン場は銀河ディスクの動的安定化に十分なエネルギーを貯蔵していることも示している。

ABSTRACT

We show that the radial acceleration relation for rotationally-supported galaxies may be explained, in the absence of cold dark matter, by a non-minimally coupled scalar field, whose fifth forces are partially screened on galactic scales by the symmetron mechanism. In addition, we show that sufficient energy is stored in the symmetron field to explain the dynamic stability of galactic disks.

研究の動機と目的

• 冷たい暗黒物質を仮定せずに銀河における半径方向加速度関係を説明すること。
• スカラー場からの第五力が観測された銀河運動を再現できるかを調査すること。
• シンメトロン機構が十分なスクリーニングを提供し、太陽系の重力制約と整合的であるかを評価すること。
• スカラー場が銀河ディスクの重力崩壊から安定化するのに十分なエネルギーを供給できるかを特定すること。

提案手法

• 第五力を媒介する非最小結合スカラー場を用いて銀河をモデル化すること。
• 高密度領域（銀河ディスクなど）における第五力の動的スクリーニングにシンメトロン機構を適用すること。
• 球対称かつ回転支持ディスク構成におけるスカラー場の場の方程式を解くこと。
• スカラー場の寄与とバリオン質量分布を組み合わせて半径方向加速度関係を計算すること。
• スカラー場に貯蔵されたエネルギー密度を評価し、ディスク安定性におけるその役割を検討すること。
• 予測結果を銀河の回転曲線およびディスク形状に関する観測データと比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スクリーニングされた第五力を用いて、冷たい暗黒物質を仮定せずに銀河における半径方向加速度関係を説明できるか？
• RQ2 シンメトロン機構は、局所的重力制約と整合的であるほど十分なスクリーニングを提供するか？
• RQ3 スカラー場のエネルギー密度は、銀河ディスクの重力崩壊から安定化するのに十分か？
• RQ4 スカラー場が重力ポテンシャルに与える寄与は、観測された回転曲線の特徴（折り返し）をどのように再現するか？
• RQ5 非最小結合は、必要なスクリーニングと加速度関係を実現するための場の振る舞いを可能にする役割を果たすか？

主な発見

• 非最小結合スカラー場が生じるスクリーニングされた第五力によって、冷たい暗黒物質を仮定せずに回転支持銀河における半径方向加速度関係を再現できる。
• シンメトロン機構は高密度領域で第五力を効果的にスクリーニングし、太陽系のテストと整合的であることを保証する。
• スカラー場は銀河ディスクの重力的崩壊を防ぐために十分なエネルギーを貯蔵しており、動的安定化を提供する。
• モデルは観測された加速度と予測された加速度の間できわめて強い相関関係を予測し、観測データと一致する。
• スカラー場が重力ポテンシャルに与える寄与は、観測された回転曲線の折り返しを自然に再現する。
• 非最小結合は、フィンガーテーリングを必要とせず、スクリーニングと加速度関係の両方を実現するための場の振るまいを可能にする。