[论文解读] 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 3

一句话总结

本文检验了布朗斯坦和莫法特提出的标量-张量-矢量（STVG）引力模型，该模型提出一种与距离相关的引力常数，以解释先驱者异常。利用最新的行星近日点进动观测数据，研究发现该模型对木星、土星和天王星预测的异常加速度与实测值严重不符，因此该模型无法作为先驱者异常的可行解释。

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.

研究动机与目标

• 检验布朗斯坦和莫法特的STVG引力模型在解释先驱者异常方面的可行性。
• 评估该模型对外行星预测的异常加速度是否与观测数据冲突。
• 利用E.V.皮捷娃提供的最新行星星历表，进行独立且明确的检验。
• 评估该模型在太阳系内侧以外的行星轨道运动约束下的鲁棒性。
• 确定该模型在拟合先驱者数据的同时，是否仍与天体物理学观测保持一致。

提出的方法

• 本研究采用STVG模型的径向额外加速度公式 A_BM，该公式源自与距离相关的 G(r)，其参数为 ζ(r) 和 λ(r)。
• 应用布朗斯坦和莫法特（2006年）拟合的参数：ζ∞ = 1.00×10⁻³，λ∞ = 47 AU，d = 4.6 AU，b = 4.0，计算木星、土星和天王星的预测加速度。
• 将模型预测的加速度与皮捷娃的EPM2004行星星历表所确定的近日点进动额外速率进行比较。
• 通过将正式不确定度放大10倍和50倍，以考虑光学数据中保守的误差估计。
• 以标准差（σ）单位量化预测值与观测值之间的差异，木星、土星和天王星的差异分别为37、7和6σ。
• 还进行了现象学的、与模型无关的分析，假设存在恒定的类似先驱者的加速度，以检验其与天王星近日点数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 STVG模型对木星异常加速度的预测是否与基于其近日点进动速率的观测约束一致？
• RQ2 STVG模型对土星预测的加速度是否与最新观测确定的其额外近日点进动率一致？
• RQ3 STVG模型能否在不违反天王星观测到的长期近日点进动速率的前提下，解释先驱者异常？
• RQ4 当对观测不确定性应用保守误差估计时，该模型与行星数据的一致性有多强？
• RQ5 若采用仅假设恒定向内加速度（类似先驱者异常）的现象学模型，其是否与天王星观测到的近日点进动一致？

主要发现

• STVG模型对木星预测的加速度为0.260 m/s²，比观测到的差异（0.001 ± 0.007 m/s²）大37倍，表明存在强烈不一致。
• 对于土星，模型预测为3.136 m/s²，而观测到的差异为-0.134 ± 0.423 m/s²，导致7σ的不一致。
• 对于天王星，模型预测为8.660 m/s²，但观测到的差异为0.058 ± 1.338 m/s²，导致6σ的不一致。
• 即使采用保守的误差放大（×10或×50），模型预测仍与观测不相容，尤其在木星上表现明显。
• 假设恒定的类似先驱者加速度的模型无关分析预测天王星近日点进动为83.58 ± 12.71弧秒/世纪，而观测值为0.57 ± 13.0弧秒/世纪，因此被排除。
• 结果强烈表明，STVG模型无法在不违反行星轨道运动约束（尤其是太阳系外侧）的前提下解释先驱者异常。