[论文解读] Post-Newtonian limit of hybrid metric-Palatini f(R)-gravity

P. I. Dyadina, S. P. Labazova+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文研究了混合度规-巴拿西尼 f(R)-引力理论在后牛顿（PPN）极限下的表现，该理论是统一度规与巴拿西尼 f(R) 方法的修正引力理论。利用最新的 MESSENGER 任务对 PPN 参数 γ 和 β 的约束，作者证明了该理论中的轻标量场与太阳系测试一致，验证了该理论在所有 PPN 参数（包括 γ 和 β）下的可行性，从而确认其与当前弱场区域实验数据的兼容性。

ABSTRACT

Using the latest most accurate values of post-Newtonian parameters $γ$ and $β$ obtained by MESSENGER we impose restrictions on the recently proposed hybrid f(R)-gravity model in its scalar-tensor representation. We show that the presence of a light scalar field in this theory does not contradict the experimental data based not only on the $ γ$ parameter (as was shown earlier), but also on all other PPN parameters. The application of parameterized post-Newtonian formalism to gravitational theories with massive fields is also discussed.

研究动机与目标

• 评估混合度规-巴拿西尼 f(R)-引力理论在弱场、后牛顿区域的可行性。
• 检验该理论的标量-张量表示是否满足当前对后牛顿参数的实验约束。
• 检查该理论中轻标量场与太阳系观测（特别是 γ 和 β 参数）的一致性。
• 将参数化后牛顿（PPN）形式化方法扩展至具有质量标量场的引力模型。

提出的方法

• 在标量-张量表示下分析该理论，其中混合 f(R)-引力模型被映射为具有特定势能 V(φ) 的布兰斯-狄克类型理论。
• 通过将场方程按 v²/c² 的幂次展开，推导出后牛顿极限，其中 v 为系统中的典型速度。
• 从弱场极限下的标量场和度规扰动中计算 PPN 参数 γ 和 β。
• 将理论预测的 γ 和 β 与 MESSENGER 任务提供的最新观测值进行比较。
• 分析了质量标量场的影响，考虑其有限作用范围和屏蔽机制。
• 对 PPN 形式化方法进行调整，以处理具有质量标量场的理论，确保与弱场引力测试的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 混合度规-巴拿西尼 f(R)-引力模型是否满足对后牛顿参数 γ 的实验约束？
• RQ2 该模型是否也与 MESSENGER 测量得到的后牛顿参数 β 的约束一致？
• RQ3 该理论的标量-张量表示能否在不违反太阳系测试的前提下容纳一个轻标量场？
• RQ4 质量标量场的存在如何影响该混合模型中的 PPN 参数？
• RQ5 PPN 形式化方法能否可靠地应用于具有质量标量场的修正引力理论？

主要发现

• 混合度规-巴拿西尼 f(R)-引力模型与最新的 MESSENGER 任务对后牛顿参数 γ 的约束一致。
• 该模型也满足对后牛顿参数 β 的约束，证实其可行性不仅限于 γ。
• 该理论中轻标量场的存在并未在太阳系中引起可观测偏差，即使在考虑所有 PPN 参数的情况下亦然。
• 该模型的标量-张量表示成功再现了所需的弱场行为，其中标量场在高密度环境中动态屏蔽。
• 将 PPN 形式化方法应用于具有质量标量场的理论是可行的，并能对模型参数施加有意义的约束。
• 结果支持混合度规-巴拿西尼 f(R)-引力理论作为 ΛCDM 在宇宙学和局部引力区域中现象学一致的替代方案。