[論文レビュー] The imprint of the MOND external field effect on the Oort cloud comets aphelia distribution

R. Paučo, J. Klačka|arXiv (Cornell University)|May 24, 2017

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ひとこと要約

本稿では、修正ニュートン力学（MOND）の外部場効果（EFE）が、銀河赤経度 L = -45° および 135° の周囲に集中する中程度のオールト雲コメットの近日点の非一様分布を説明できるかどうかを調査する。準線形MOND（QUMOND）と数値シミュレーションを用いて、EFEと銀河潮汐の併用が、観測された近日点クラスタリングを定性的に再現できることを示し、唯一の特定の補完関数と外部場強度の組み合わせが安定した大円集中を生じることを明らかにした。

ABSTRACT

Milgromian dynamics (MD or MOND) is a promising physical description excelling especially in galaxies. When formulated as a modified gravity theory, it leads to the so called external field effect (EFE). In the case of the solar system this means that bodies orbiting the Sun are influenced, beyond its tidal effect, by the external gravitational field of the Galaxy with magnitude $\sim2 imes10^{-10}$ m s$^{-2}$ and time-varying direction. Aphelia of intermediate outer Oort cloud (OC) comets ($30

研究の動機と目的

• 中程度のオールト雲コメットにおける近日点の観測された非一様分布を、ミルグロミアン・ダイナミクス（MOND）の外部場効果（EFE）が説明できるかどうかを調査すること。
• EFEと銀河潮汐の併用が、銀河赤経度 L = -45° および 135° の周囲に集中する観測された大円集中の近日点を再現できるかどうかを検証すること。
• 半長径 33,000～67,000 au（30 < X < 60）のコメットの軌道分布にEFEの痕跡が検出可能かどうかを特定すること。
• MONDが、外太陽系の動力学的特徴を説明するためのダークマターや巨大な遠方惑星の代替として妥当かどうかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、銀河の外部場の影響を受ける外太陽系における重力ポテンシャルをモデル化するために、準線形MOND（QUMOND）形式を用いる。
• 主に一定強度の外部場に支配される点質量に対して、QUMONDポテンシャルの解析的近似を用い、太陽系からの距離 r > 10,000 au で有効である。
• 外部場の強度と補完関数パラメータを制限するために、カシニ放射追跡データからの制約をモデルに組み込む。
• 数値的シミュレーションにより、太陽の重力、銀河潮汐、およびEFEの併用効果の下で、オールト雲からの試験粒子の軌道的進化を追跡する。
• 補完関数と外部場強度を変化させ、近日点経度における大円集中（GCC）を生じる組み合わせをテストする。
• 結果を、中程度のオールト雲コメットの観測された近日点分布と比較し、特に L = -45° および 135° のクラスタリングに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MONDの外部場効果は、中程度のオールト雲コメットの近日点経度に大円集中を生じさせることができるか？
• RQ2 EFEと銀河潮汐の併用は、観測された近日点分布の非一様性、特に |sin B| ≈ 0.5 のピークを再現できるか？
• RQ3 補完関数と外部場強度の特定の組み合わせが、近日点分布における安定的で長期間にわたるGCCを生じさせるか？
• RQ4 高近日点距離のコメット（X < 30）には大円集中が見られないのはなぜか？これは、半長径の増加に伴いEFEが弱まるという理論的予想と整合するか？

主な発見

• 補完関数と外部場強度の組み合わせが唯一一つ、すなわちベンチマーク三つ組（ν̄₂, a₀ = 0.815×10⁻¹⁰ m s⁻², η_ext = 2.3）のみが、中程度のオールト雲コメットの近日点分布に安定した大円集中（GCC）を生じさせた。
• このベンチマークモデル下でのシミュレートされた近日点分布は、銀河赤経度 L = -45° および 135° の周囲に集中する観測された大円集中と定性的に一致した。
• 他のすべてのテストされた組み合わせでは、EFE効果が弱く、銀河潮汐の破壊的影響を打ち負かせなかったため、等円帯（|B| < 30°）が空で、安定なGCCが得られなかった。
• シミュレートされたGCCは、銀河の回転周期（1銀河年）と同じ周期で回転しており、外部場の時間変動する方向と整合的である。
• 初期エネルギーが低いコメット（X が 15 から 30 の間）ではEFEの痕跡が弱く、GCCは観測されず、これは高Xのコメットに同様のクラスタリングが見られないことと整合する。
• Sednoidsに関する先行研究と整合しており、Sednaおよび2012 VP113の大きな近日点距離と、中程度のオールト雲コメットの近日点クラスタリングを説明するのには、同じEFE強度が必要であると示唆している。