[論文レビュー] Jupiter, Saturn and the Pioneer anomaly: a planetary-based independent test

Lorenzo Iorio|ArXiv.org|Dec 8, 2007

Astro and Planetary Science参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、外太陽系におけるモデル化されていない加速度として観測されたPioneer異常が、重力的起源である可能性を、木星および土星の近日点移動の歳差補正の分析を通じて検証する。これらの補正の比を用いることで、PAに類似した力とは著しく不一致であることが判明し、誤差の不確実性を考慮しても、5–10 AU領域におけるこのような重力的起源は統計的に有意な水準で排除される。

ABSTRACT

In this paper we use the ratio of the corrections to the standard Newtonian/Einsteinian secular precessions of the longitudes of perihelia of Jupiter and Saturn, recently estimated by the Russian astronomer E.V. Pitjeva by fitting almost one century of data with the EPM ephemerides, to make an independent, planetary-based test of the hypothesis that the Pioneer anomaly (PA), as it is presently known in the 5-10 AU region, is of gravitational origin. Accounting for the errors in the determined apsidal extra-rates and in the values of the PA acceleration at the orbits of Jupiter and Saturn the answer is negative. If and when the re-analysis of the entire Pioneer 10/11 will be completed more firm conclusions could be reached. Moreover, it would also be important that other teams of astronomers estimate independently their own corrections to the perihelion precessions.

研究の動機と目的

• Pioneer異常の重力的起源であるという仮説を、5–10 AU領域の惑星軌道への影響を検討することで検証すること。
• 具体的には、木星および土星の近日点歳差補正という独立した惑星データを用いて、PA仮説を検証すること。
• 観測された惑星運動の異常が、Pioneer 10/11データから推定されたPA加速度値と整合するかどうかを評価すること。
• 宇宙船データに依存するのではなく、惑星に基づく独立した制約を提供すること。

提案手法

• E.V. PitjevaがEPM2004の天の川データを用いて推定した、木星および土星の歳差補正の比を用いる。
• 径方向の定常加速度による歳差の理論式 ⟨ḋϖ⟩ = A√[a(1−e²)/(GM)] を適用し、PA加速度に起因する予想される異常歳差を予測する。
• 木星および土星の観測された近日点移動の追加速度Δ⟨ḋϖ⟩の比と、PA加速度値から導かれた理論的比を比較する。
• 正式な誤差を10倍にスケーリングすることで、現実的な不確実性推定値を得る。
• 観測比が理論的比からどれほど逸脱しているかを計算し、それが0と著しく異なることから一貫性の欠如を確認する。
• 誤差の増大に伴うロバストネスを検証するため、土星の歳差補正誤差を100倍に増大させるテストも実施し、結論に変化がないことを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pioneer異常は、5–10 AU領域の惑星にも影響を及ぼす重力的起源であると整合的か？
• RQ2 木星および土星の近日点歳差補正の観測値は、それぞれの軌道距離におけるPA加速度によって予測される歳差速度と一致するか？
• RQ3 木星と土星の間の観測された近日点移動補正の比は、PAに類似した力によって予測される比と整合するか？
• RQ4 Pioneer異常の重力的起源が成立する場合、等価原理の破れが生じる可能性はあるか？
• RQ5 現在の惑星データは、太陽系外縁部におけるPA型力の存在を排除するのに十分か？

主な発見

• 木星および土星の近日点歳差補正の観測比は、理論的期待値から 0.75 ± 0.05 だけ逸脱しており、これは0とは著しく異なるため、PAに類似した力とは不一致である。
• 観測された近日点移動の追加速度は、Δ⟨ḋϖ⟩^(Jup) = 0.0062 ± 0.036 arcsec/cy⁻¹ および Δ⟨ḋϖ⟩^(Sat) = -0.92 ± 2.9 arcsec/cy⁻¹ であり、誤差は現実的とするために10倍にスケーリングされている。
• PA加速度に起因する予測される異常歳差は、⟨ḋϖ⟩_Pio^(Jup) = 4 ± 7 arcsec/cy⁻¹ および ⟨ḋϖ⟩_Pio^(Sat) = 12 ± 43 arcsec/cy⁻¹ であり、個々の値としては0と整合的だが、比としては整合的でない。
• 土星の歳差補正誤差を100倍に増大させても結論に変化はなく、結果のロバストネスが裏付けられる。
• 等価原理の成立を仮定した場合、5–10 AU領域におけるPioneer異常の重力的起源は排除される。
• 本研究は、他の研究チームによる惑星歳差補正の独立的検証およびPioneer 10/11データの完全な再分析を要請する。