[論文レビュー] On a recently proposed scalar-tensor-vector metric extension of general relativity to explain the Pioneer anomaly

Lorenzo Iorio|ArXiv.org|Aug 21, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Pioneerの異常を説明するために距離に依存する重力定数を提案するBrownsteinとMoffatのスカラー・テンソル・ベクトル（STVG）重力モデルを検証する。最新の惑星の近日点移動の観測データを用いて、木星、土星、天王星に対するモデルの予測される異常加速度が測定値と著しく不一致であることが判明し、このモデルはPioneerの異常を説明する有効な候補とは見なせない。

ABSTRACT

Recently, Brownstein and Moffat proposed a gravitational mechanism to explain the Pioneer anomaly based on their scalar-tensor-vector (STVG) metric theory of gravity. In this paper we show that their model, fitted to the presently available data for the anomalous Pioneer 10/11 acceleration, is in contrast with the latest determinations of the perihelion extra-rates of Jupiter, Saturn and Uranus.

研究の動機と目的

• BrownsteinとMoffatのSTVG重力モデルがPioneerの異常を説明できるか否かを検証すること。
• 外惑星の異常加速度のモデル予測が観測データと矛盾しないかを評価すること。
• E.V. Pitjevaが提供する最新の惑星エフェマリスを用いて、独立的かつ明確なテストを実施すること。
• 内太陽系を越えた惑星の公軌道運動からの制約に対して、モデルの頑健性を評価すること。
• Pioneerのデータに適合するが、天文的観測と整合性を保つことができるかを検討すること。

提案手法

• 研究は、距離に依存するG(r)をもつSTVGモデルの径方向の余分加速度式A_BMを用いる。パラメータはζ(r)とλ(r)である。
• BrownsteinとMoffat（2006年）が得たフィットパラメータ（ζ∞ = 1.00×10⁻³、λ∞ = 47 AU、d = 4.6 AU、b = 4.0）を用いて、木星、土星、天王星の予測加速度を計算する。
• モデルの予測加速度を、PitjevaのEPM2004惑星エフェマリスから得られた近日点移動の追加速度率と比較する。
• 光学データにおける保守的な誤差推定を反映するために、形式的不確実性を10倍および50倍にスケーリングする。
• 予測値と観測値の乖離を標準偏差（σ）単位で定量的に評価し、それぞれ木星で37、土星で7、天王星で6の値を得た。
• モデルに依存しない現象論的分析も実施し、Pioneerに類似した一定の内向き加速度を仮定して、天王星の近日点データとの整合性をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 STVGモデルが予測する木星における異常加速度は、その近日点移動率の観測制約と整合するか？
• RQ2 STVGモデルが予測する土星の加速度は、最新のその追加近日点移動率の観測値と整合するか？
• RQ3 STVGモデルは、天王星の恒常的近日点移動率の観測値と矛盾せずに、Pioneerの異常を説明できるか？
• RQ4 観測不確実性に保守的な誤差推定を適用した場合、モデルの惑星データとの整合性はどの程度頑健か？
• RQ5 Pioneerの異常と類似した一定の内向き加速度を仮定する現象論的モデルは、天王星の観測された近日点移動と整合するか？

主な発見

• STVGモデルが予測する木星の加速度（0.260 m/s²）は、観測された乖離（0.001 ± 0.007 m/s²）の37倍にのぼり、著しい不一致を示している。
• 土星については、モデルが予測する3.136 m/s²と観測された乖離（-0.134 ± 0.423 m/s²）の間に7σの乖離が生じている。
• 天王星では、モデルが予測する8.660 m/s²と観測された乖離（0.058 ± 1.338 m/s²）の間に6σの乖離がある。
• 保守的な誤差スケーリング（×10または×50）を適用しても、モデルの予測は観測と整合せず、特に木星において顕著である。
• 一定のPioneerに類似した加速度を仮定するモデルに依存しない分析では、天王星の近日点移動が83.58 ± 12.71弧秒/世紀と予測されるが、観測値（0.57 ± 13.0弧秒/世紀）とは矛盾しており、否定される。
• 結果として、STVGモデルは外太陽系の惑星公軌道運動の制約に反するため、Pioneerの異常を説明できるとは考えられない。