[논문 리뷰] Mass - radius ratio bounds for compact objects in Massive Gravity theory

Parinya Kareeso, Piyabut Burikham외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 03.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 중력자가 작은 비영이 아닌 질량을 지닌 이론인 거대 질량 중력 이론에서 극한 물체의 질량-반지름 경계를 유도한다. 우주상수와 비영인 중력자 질량을 고려하여 수소적 평형 및 질량 연속 방정식을 해결함으로써, 일반 상대성 이론과는 다를 수 있는 일반화된 부크달 관계와 적색편이 경계를 수립한다. 이는 천체 물리적 맥락에서 거대 질량 중력 이론을 관측적으로 검증할 수 있는 가능성을 열어준다.

ABSTRACT

We consider the mass-radius bounds for spherically symmetric static compact objects in Massive Gravity theories free of ghosts. In this type of gravitational theories the graviton, the quantum of gravity, may have a small, but non-vanishing mass. We derive the hydrostatic equilibrium and mass continuity equations in Massive gravity in the presence of a cosmological constant and for a non-zero graviton mass. The case of the constant density stars is also investigated by numerically solving the equilibrium equations. The influence of the graviton mass on the global parameters (mass and radius) of these stellar configurations is also considered. The generalized Buchdahl relations, giving the upper and lower bounds of the mass-radius ratio are obtained, and discussed in detail. As an application of our results we obtain gravitational red shift bounds for compact stellar type objects in Massive Gravity, which may (at least in principle) be used for observationally testing Massive Gravity theory in an astrophysical context.

연구 동기 및 목표

• 비영인 중력자가 균형을 이룬 구형 대칭 극한 물체의 구조에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 우주상수와 비영인 중력자 질량을 고려한 거대 질량 중력에서의 수소적 평형 및 질량 연속 방정식을 유도하는 것.
• 이러한 물체에 대한 질량-반지름 비율에 대한 일반화된 부크달 경계를 결정하는 것.
• 은하계 유형의 극한 물체에 적용 가능한 중력적 적색편이 경계를 통해 관측적 함의를 탐색하는 것.

제안 방법

• 비영인 중력자 질량과 우주상수를 고려한 거대 질량 중력에서의 수소적 평형 및 질량 연속 방정식의 수립.
• 거대 질량 중력에서 등밀도 별 모델의 평형 방정식을 수치적으로 해석하는 것.
• 질량-반지름 비율에 대한 상한과 하한을 설정하는 일반화된 부크달 관계를 도출하는 것.
• 우주상수와 중력자 질량을 장 방정식에 통합하여 별의 구조에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 중력자 질량과 밀도 파ameter에 따라 변화하는 중력적 적색편이 경계를 계산하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비영인 중력자 질량은 거대 질량 중력에서 극한 물체의 질량-반지름 관계에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 중력자가 유한한 질량을 가질 경우 질량-반지름 비율에 대한 일반화된 부크달 경계는 무엇인가?
• RQ3 우주상수가 거대 질량 중력에서 극한 별의 평형 구조에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 중력적 적색편이 측정치는 거대 질량 중력 이론에 대한 관측적 제약을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 거대 질량 중력에서 일반화된 부크달 관계는 중력자 질량으로 인해 일반 상대성 이론과 다를 수 있는 질량-반지름 비율의 상한과 하한을 설정한다.
• 중력자 질량은 등밀도 별의 밀도와 반지름에 상당한 영향을 미치며, 표준 부크달 한계와의 측정 가능한 편차를 보인다.
• 중력자 질량과 우주상수에 명시적으로 의존하는 중력적 적색편이 경계가 도출되었으며, 이는 관측적 검증의 잠재적 기회를 제공한다.
• 수치적 해석은 중력자 질량이 증가할수록 안정된 구조에 허용되는 최대 밀도가 감소함을 확인한다.