[논문 리뷰] Horava-Lifshitz gravity and Solar System orbital motions

Lorenzo Iorio, Matteo Luca Ruggiero|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 14.

Relativity and Gravitational Theory인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 허라-리프시츠 중력 이론이 태양계의 복행성 궤도에 미치는 영향을 분석하여, 케하지아스-세프토스 해법에 의해 유도되는 장기적 근점의 진동수 변화를 연구한다. 이는 일반 상대성 이론의 슈바르츠실트 해의 약한장 유사체이다. 연구 결과, 행성 관측을 통해 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀는 수성의 경우 10⁻¹²에서, 冥왕성의 경우 10⁻²⁴ 수준으로 제약을 받지만, 20 AU 이상의 거리에서는 파이오니어 이상현상을 설명할 수 없다.

ABSTRACT

We focus on Horava-Lifshitz (HL) theory of gravity, and, in particular, on the Kehagias and Sfetsos s solution that is the analog of Schwarzschild black hole of General Relativity. In the weak-field and slow-motion approximation we analytically work out the secular precession of the longitude of the pericentre of a test particle induced by this solution. Its analytical form is different from that of the general relativistic Einstein's pericentre precession. Then, we compare it to the latest determinations of the corrections to the standard Newtonian/ Einsteinian planetary perihelion precessions recently estimated by E.V. Pitjeva with the EPM2008 ephemerides. It turns out that the planets of the solar system, taken singularly one at a time, allow to put lower bounds on the adimensional HL parameter \psi_0 of the order of 10^-12 (Mercury) 10^-24 (Pluto). They are not able to account for the Pioneer anomalous acceleration for r > 20 AU.

연구 동기 및 목표

• 허라-리프시츠 중력 이론이 태양계에서 비정상적인 궤도 진동수 변화를 설명할 수 있는지 평가하기.
• HL 중력 이론에서 케하지아스-세프토스 해법의 예측을 정밀한 행성 천체운동표와 비교하기.
• 행성 근점의 진동수 변화 데이터를 이용하여 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀에 대한 관측적 제약을 유도하기.
• HL 중력 이론이 20 AU 이상 거리에서 파이오니어 비정상 가속도를 설명할 수 있는지 테스트하기.

제안 방법

• 허라-리프시츠 중력 이론의 약한장 및 천천히 움직이는 근사법을 적용하여 시험 입자의 궤도 진동수 변화를 유도하기.
• 일반 상대성 이론의 슈바르츠실트 해와 유사한 중력 배경으로 케하지아스-세프토스 해법을 사용하기.
• 이 HL 프레임워크 내에서 근점의 장기적 진동수 변화를 해석적으로 계산하기.
• 이론적 진동수 변화율을 최신 EPM2008 천체운동표 기반의 행성 근점 보정 추정치와 비교하기.
• 개별 행성의 관측 제약을 적용하여 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀를 제약하기.
• 모델이 헬리오센터 거리 r > 20 AU에서 파이오니어 비정상 가속도와 얼마나 부합하는지 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허라-리프시츠 중력 이론은 최신 행성 천체운동표 데이터와 일치하는 근점의 진동수 변화율을 예측하는가?
• RQ2 행성 궤도 운동을 통해 유도된 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀에 대한 관측적 제약은 무엇인가?
• RQ3 HL 중력 이론에서 케하지아스-세프토스 해법이 r > 20 AU에서 파이오니어 비정상 가속도를 설명할 수 있는가?
• RQ4 HL 이론에 의한 진동수 변화는 일반 상대성 이론의 아인슈타인 근점 진동수 변화와 해석적으로 어떻게 다를까?
• RQ5 다른 행성이 HL 매개변수 𝜓₀에 얼마나 민감한가? 각 행성의 제약 조건는 어떻게 상호 비교되는가?

주요 결과

• 허라-리프시츠 중력 이론의 케하지아스-세프토스 해법은 일반 상대성 이론의 예측과 해석적으로 다른 근점의 진동수 변화율을 유도한다.
• 수성은 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀에 대해 가장 강력한 제약을 제공하며, 약 10⁻¹²의 제약을 얻는다.
• 冥왕성은 가장 느슨한 제약을 제공하며, 차원이 없는 HL 매개변수 𝜓₀에 대해 약 10⁻²⁴의 제약을 얻는다.
• 개별 행성의 제약 조건만으로는 헬리오센터 거리 r > 20 AU에서 파이오니어 비정상 가속도를 설명하기에 부족하다.
• 모델은 20 AU 이상 거리에서 파이오니어 이상현상을 설명하지 못하며, 그 이유는 필요한 𝜓₀ 값이 행성 궤도 데이터와 일치하지 않기 때문이다.