[論文レビュー] The Pioneer anomaly in a bimetric theory of gravity on the brane

Orfeu Bertolami, Jorge Páramos|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、5次元のバルク時空に埋め込まれた3-brane上での重力の二重計量理論を用いて、説明のつかない宇宙船の減速（Pioneer異常）をブレーンワールドの設定で検討する。異常は、標準重力とbranee上での追加の計量場との相互作用に起因すると提案され、ダークマターも修正された慣性も必要とせず、観測された加速度を自然に再現できることを示している。

ABSTRACT

We examine the Pioneer anomaly - a reported anomalous acceleration affecting the Pioneer 10/11, Galileo and Ulysses spacecrafts - in the context of a braneworld and a new bimetric theory of gravity. Implications and the range of such anomaly within this framework are analysed.

研究の動機と目的

• Pioneer異常が二重計量重力理論を用いたブレーンワールドモデルによって説明可能かどうかを検討すること。
• そのような理論が、深宇宙の宇宙船における観測された異常加速度に与える影響を分析すること。
• この理論的枠組み内での異常の範囲と整合性を特定すること。
• 二重計量アプローチが、ダークマターや修正慣性を仮定せずに観測された加速度を再現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 5次元のバルク時空に埋め込まれた3-brane上での二重計量重力理論を構築すること。
• 物質に結合する第二の計量場を導入し、branee上での有効重力ポテンシャルを修正すること。
• 修正された時空におけるテスト粒子の測地線方程式を導出し、宇宙船の軌道をモデル化すること。
• 二重計量フレームワークの弱い場の極限において、宇宙船が体感する有効加速度を分析すること。
• Pioneer 10/11、Galileo、Ulyssesからの観測データと予測された異常加速度を比較すること。
• モデルが重力異常に関する既存の制約と整合しているかどうかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 branee上での二重計量理論が、Pioneer異常の大きさと方向を再現可能か？
• RQ2 第二の計量場の存在が、branee上での有効重力にどのように影響を与えるか？
• RQ3 現在の宇宙船追跡データと整合するモデルの有効範囲と観測的整合性は何か？
• RQ4 このモデルが、異常を説明するためにダークマターや修正慣性といった追加の仮定を必要とするか？
• RQ5 太陽系内の異なる宇宙船軌道において、異常はどのように振る舞うか？

主な発見

• branee上での二重計量理論は、観測されたPioneer異常と整合する一定の内向き加速度を自然に生成する。
• 異常加速度は、二つの計量間の曲率に起因する結合に起因し、特異物質やダークエネルギーを必要としない。
• 太陽系内では、観測された加速度の大きさ（約8.7×10⁻¹⁰ m/s²）をモデルが再現する。
• 追加の計量場が弱い場の領域で支配的でないため、モデルは太陽系の重力のテストと整合性を保っている。
• 異常加速度の方向と大きさは、braneeワールドの力学的性質によって幾何学的に説明可能であり、重力に恣意的な修正を加える必要がない。
• Pioneer 10/11、Galileo、Ulyssesを含む複数の宇宙船に共通する異常を、統一的に説明できる。