[論文レビュー] Tests of Relativistic Gravity using Millisecond Pulsars

J. Bell|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ミリ秒パulsarの高精度な時間測定を用いて相対論的重力の検証を行い、その安定性を活かしてエネルギー運動量保存則、優先的参照枠の不在、および強い等価原理といった基本的原則を調べる。主な貢献は、特に二重系における軌道の崩壊とシャピロ遅れを通じて、ミリ秒パulsarが一般相対性理論を高精度で検証する強力なツールであることを示したことである。

ABSTRACT

General relativity asserts that: energy and momentum conservation laws are valid, preferred frames do not exist, and the strong equivalence principle is obeyed. In this paper recent progress in testing these important principles using millisecond pulsars is summarised.

研究の動機と目的

• ミリ秒パulsarを用いて一般相対性理論の基本的原則—エネルギー運動量保存則、優先的参照枠の不在、強い等価原理—の妥当性を評価すること。
• ミリ秒パulsarが強力な重力場における相対論的重力の高精度な検証ツールとして果たす役割を評価すること。
• パulsar時間測定における最近の観測的進展を要約し、一般相対性理論からの逸脱を制限すること。
• 二重ミリ秒パulsar系が中性子星の内部構造や極限状態における重力の性質を調べる可能性を強調すること。

提案手法

• ミリ秒パulsarの高精度な時間測定を活用し、近日点進動や重力波による減衰といった相対論的軌道効果を測定すること。
• 時間残差の分析により、特に高い軌道離心率を示す系において一般相対性理論の予測からの逸脱を検出すること。
• シャピロ遅れモデルを適用して、二重系における重力の速度と強い等価原理を検証すること。
• 観測された軌道の崩壊率と一般相対性理論による理論的予測を比較し、エネルギー損失機構を制限すること。
• 時間異常がないことを利用して、相対論的重力の文脈で優先的参照枠の存在を除外すること。
• ミリ秒パulsarの安定性を活かして1マイクロ秒未塔の時間測定精度を達成し、重力の高感度検証を可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリ秒パulsarは、重力の強力場領域における強い等価原理を検証するのに利用可能か？
• RQ2 二重ミリ秒パulsarにおける観測された軌道の崩壊率は、一般相対性理論の予測とどの程度一致するか？
• RQ3 ミリ秒パulsarの時間残差は、優先的参照枠の存在やエネルギー運動量保存則の破れを示唆するか？
• RQ4 二重パulsar系におけるシャピロ遅れ測定を用いて、重力の速度をどの程度厳密に制限できるか？
• RQ5 ミリ秒パulsarの観測は、一般相対性理論から逸脱する代替重力理論に対してどのような制限を課すか？

主な発見

• ミリ秒パulsarは、その優れた回転安定性のおかげで、一般相対性理論の強力場領域における検証に特化した独自の実験的環境を提供する。
• PSR J1141-6545のような二重系における軌道の崩壊観測は、一般相対性理論が重力波によるエネルギー損失を予測するのと一致している。
• ミリ秒パulsar系において強い等価原理の顕著な逸脱は検出されておらず、強力場領域でもその妥当性が支持されている。
• 時間残差には優先的参照枠効果の証拠がなく、重力におけるローレンツ不変性の破れを制限している。
• 二重系における測定されたシャピロ遅れは、一般相対性理論の予測と高い精度で一致しており、重力の有限な速度を支持している。
• ミリ秒パulsarの高い安定性により、他の天体物理学的系と同等またはそれ以上の感度で重力の検証が可能になっている。