[논문 리뷰] Interplanetary Measures Can Not Bound the Cosmological Constant

E. L. Wright|arXiv (Cornell University)|1998. 05. 21.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 우주론적 상수에 의해 유도되는 복사 궤도의 세차가 측정하기에 너무 작아 행성 간 관측이 우주론적 상수를 제약하는 데 효과가 없음을 보여준다. 메르쿠르리의 궤도를 사례로 삼아 라이트는 약 10^{-23} 수준의 세차 효과를 계산하였으며, 이는 현재의 측정 감도보다 수 개의 주기수준 낮아, 이러한 측정이 Λ를 제약할 수 있다는 주장은 무효하다.

ABSTRACT

The effect of a cosmological constant on the precession of the line of apsides is O(Λc^2 r^3/GM) which is 3(H_\circ P)^2/8π^2 \approx 10^{-23} for a vacuum-dominated Universe with Hubble constant H_\circ = 65 km/sec/Mpc and for the orbital period P = 88 days of Mercury. This is unmeasurably small, so planetary perturbations cannot be used to limit the cosmological constant, contrary to the suggestion by Cardona & Tejeiro (1998).

연구 동기 및 목표

• 행성 궤도의 세차가 우주론적 상수 Λ를 제약하는 데 사용될 수 있는지 평가하기 위해.
• 메르쿠르리의 궤도 세차와 같은 행성 간 측정을 통해 Λ를 탐지하거나 제약할 수 있는지 가능성 평가하기 위해.
• 카르도나 & 테헤이로(1998)가 행성 간 교란이 우주론적 상수의 값을 제한할 수 있다고 주장한 바를 도전하기 위해.
• 우주가 Λ에 의해 지배되는 진공 상태에서 궤도 세차에 우주론적 상수가 미치는 영향의 크기를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 논문은 일반 상대성 이론의 섭동 이론을 사용하여 우주론적 상수가 유도하는 선의 아프시스 세차율을 유도한다.
• 메르쿠르리 궤도에 대한 세차 효과를 추정하기 위해 공식 O(Λc²r³/GM)를 적용한다.
• 표준 우주론적 파라미터를 사용한다: 허블 상수 H₀ = 65 km/s/Mpc 및 궤도 주기 P = 88 일.
• 예상 세차를 정량화하기 위해 결과를 3(H₀P)²/8π²로 표현한다.
• 측정 가능성 평가를 위해 유도된 값과 현재의 관측 감도 한계를 비교한다.
• 분석 결과, 기술적 수단으로는 측정하기에 너무 작아서 효과는 수 개의 주기수준 낮다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재의 행성 간 추적 기술로는 우주론적 상수가 유도하는 행성 궤도의 세차를 측정할 수 있는가?
• RQ2 우주론적 상수가 메르쿠르리 궤도 세차에 미치는 기대되는 영향의 크기는 얼마인가?
• RQ3 Λ에 의해 유도되는 세차가 행성 관측을 통해 그 값에 대한 의미 있는 제약을 제공할 수 있는가?
• RQ4 카르도나 & 테헤이로(1998)가 행성 간 교란이 Λ를 제약할 수 있다고 주장한 바는 정량적 검토를 견딜 수 있는가?
• RQ5 예측된 세차는 현대의 천체측량 및 라디오 추적 시스템의 감도 한계와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 우주론적 상수는 메르쿠르리 궤도에 대해 약 10^{-23} 수준의 선의 아프시스 세차를 유도한다.
• 이 값은 H₀ = 65 km/s/Mpc 및 P = 88 일로 계산된 3(H₀P)²/8π²로 유도된다.
• 이 세차 효과는 현재의 관측 기술로는 측정하기에 너무 작다.
• 논문은 행성 간 측정을 통해 우주론적 상수를 제약할 수 없다고 결론 내린다.
• 카르도나 & 테헤이로(1998)가 이러한 측정이 Λ를 제약할 수 있다고 주장한 것은 따라서 무효하다.
• 결과는 태양계 규모의 천체 역학 측정으로서 Λ에 접근하는 데 근본적인 한계가 있음을 강조한다.