[論文レビュー] The MOND paradigm

Mordehai Milgrom|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 17被引用数 47

ひとこと要約

この論文は、低加速度領域における重力の修正を提唱する修正ニュートン動力学（MOND）のパラダイムをレビューしている。銀河の運動は、ケプラーの法則に類似した経験則的法則に従うとされ、重力が低加速度で修正されることを示唆している。MONDの成功は、銀河の力学がバリオン物質のみによって決定されることを示唆しており、これは支配的であるはずのダークマター成分が存在するにもかかわらず、バリオン物質がなぜこれほど支配的になれるのかを説明できないダークマターのパラダイムに挑戦するものである。

ABSTRACT

I review briefly different aspects of the MOND paradigm, with emphasis on phenomenology, epitomized here by many MOND laws of galactic motion--analogous to Kepler's laws of planetary motion. I then comment on the possible roots of MOND in cosmology, possibly the deepest and most far reaching aspect of MOND. This is followed by a succinct account of existing underlying theories. I also reflect on the implications of MOND's successes for the dark matter (DM) paradigm: MOND predictions imply that baryons alone accurately determine the full field of each and every individual galactic object. This conflicts with the expectations in the DM paradigm because of the haphazard formation and evolution of galactic objects and the very different influences that baryons and DM are subject to during the evolution, as evidenced, e.g., by the very small baryon-to-DM fraction in galaxies (compared with the cosmic value). All this should disabuse DM advocates of the thought that DM will someday be able to reproduce MOND: It is inconceivable that the modicum of baryons left over in galaxies can be made to determine everything if a much heavier DM component is present.

研究の動機と目的

• 銀河運動を記述するMONDの現象論的法則を提示し、ケプラーの法則に類似させること。
• MONDの宇宙論的根拠を検討し、宇宙の大規模構造との深い関連性を示唆すること。
• MONDの背後にある既存の理論枠組みを検討し、その妥当性を評価すること。
• ダークマターのパラダイムに挑戦し、ダークマターが支配的であるにもかかわらずバリオン物質のみが銀河力学を決定するのはいかに不自然かを強調すること。

提案手法

• MONDが導き出した銀河運動の経験則的法則、例えばTully-Fisher関係や径方向加速度関係をレビューすること。
• 低加速度領域におけるニュートン力学の修正を含め、MONDの理論的基盤を分析すること。
• MONDの宇宙論的含意、特に宇宙の加速度的膨張や大規模構造への潜在的関連性を検討すること。
• MONDの予測と、特にバリオン対ダークマター比に関するダークマターのパラダイムの期待値を比較すること。
• 論理的および理論的議論を用いて、ダークマターモデルがなぜMONDの成功を再現できないかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MONDの銀河運動に関する法則は、ケプラーの法則と比べて予測力や一般性においてどのように異なるか？
• RQ2 MONDのパラダイムの背後にある宇宙論的原理は何か？ そして、それが経験的成功を説明できるか？
• RQ3 既存のMOND理論的モデルは、多様な銀河系においてその現象論的成功を説明できるか？
• RQ4 ダークマターが支配的であるにもかかわらず、バリオン物質のみが銀河力学を決定すると仮定するのはなぜ不自然なのか？
• RQ5 MONDの成功は、バリオン物質とダークマターが銀河の重力場をどのように形作っているかについて、何を示唆するか？

主な発見

• MONDは、ダークマターを仮定せず、バリオン物質のみを用いて銀河の力学を成功裏に予測している。
• 銀河における径方向加速度関係とTully-Fisher関係は、MONDの経験則的法則によって自然に説明される。
• MONDの成功は、各銀河の全重力場がバリオン物質のみによって決定されることを示唆しており、これはダークマターのパラダイムの予想とは矛盾する。
• 銀河における小さなバリオン対ダークマター比を考えると、ダークマターが支配的である場合にバリオン物質のみが力学を決定するのは不自然である。
• バリオン物質が銀河の重力場を支配しているのにもかかわらず、はるかに重いダークマター成分がMONDの予測を再現できるとは考えられない。