[论文解读] Gravitational Waves Bounds in Brane-Worlds

Miguel A. García-Aspeitia|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Jun 6, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 9

一句话总结

本文利用PSR B1913+16双星系统引力波观测数据，提出了膜世界模型中膜张力的天体物理约束。通过在Randall-Sundrum II模型中修正引力波辐射功率与轨道衰减速率，推导出膜张力的下限约为1.1194 × 10⁴⁸ EeV，该结果与宇宙学约束一致，且与中子星稳定性相容。

ABSTRACT

This paper is dedicated to investigate an astrophysical method to obtain the new dynamics generated by extra dimensions as well as bounds for the brane tension. Using the modified Einstein equations in the brane with a vanishing non-local effects, we study the contributions of the modified radiated power by gravitational waves and the stellar period modified by branes in a binary system composed by two neutron stars. Finally we propose two lower energy bounds, using these astrophysical methods.

研究动机与目标

• 利用引力波辐射的天体物理观测约束膜世界模型中的膜张力。
• 研究额外维度对双中子星系统引力波辐射功率与轨道衰减速率的影响。
• 利用PSR B1913+16双星系统的观测数据，推导膜张力的新下限。
• 通过将修正的爱因斯坦方程与观测到的轨道衰减速率进行比较，评估膜世界模型在高能区的适用性。
• 评估推导出的膜张力约束与核合成及恒星稳定性约束的一致性。

提出的方法

• 利用膜上的4维有效爱因斯坦方程，结合额外维度引起的二次能量-动量张量修正，推导出双星系统辐射的修正引力波功率。
• 将修正的功率公式应用于PSR B1913+16双星系统，将理论预测与观测到的轨道衰减速率进行比较。
• 使用在高能区（膜效应占主导）下由修正爱因斯坦方程导出的轨道周期衰减速率方程。
• 忽略非局部Weyl张量效应（引力子泄漏），以隔离膜张力对辐射功率的贡献。
• 采用Taylor和Weisberg（1982）关于双星系统轨道周期及其衰减的观测数据，以约束膜张力参数。
• 通过令理论修正功率等于观测功率，求解λ_V，从而推导出膜张力的下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于PSR B1913+16双星系统的引力波观测，推导出的膜张力下限是多少？
• RQ2 膜世界修正如何改变双中子星系统辐射的引力波功率，与广义相对论相比如何？
• RQ3 在高能膜世界区域，轨道周期衰减速率的形式是什么？
• RQ4 推导出的膜张力约束与核合成及CMB的现有宇宙学约束相比如何？
• RQ5 修正的膜世界功率律是否与中子星的天体物理稳定性条件一致？

主要发现

• 本文利用PSR B1913+16双星系统的引力波数据，推导出膜张力λ_V ≈ 1.1194 × 10⁴⁸ EeV的下限。
• 修正的引力波辐射功率增强了1 + 4μ²/λ_V²倍，其中μ为双星系统的约化质量。
• 在膜效应占主导的高能区，辐射功率满足⟨P_Br⟩ ≈ 4μ²⟨P_GR⟩/λ_V²。
• 推导出的约束与核合成要求λ_V > (1 MeV)⁴一致，且与恒星稳定性条件相容。
• 在非局部（Weyl）效应可忽略的假设下，结果具有鲁棒性，可有效隔离膜张力的贡献。
• 该结果与其它宇宙学及天体物理约束相容，表明膜世界模型在该能量尺度下仍具可行性。