Cottonテンソルで記述される重力場方程式を持つ重力理論に関する包括的研究

用Cotton张量描述的引力场方程综合研究引力理论

• 批准号: 22K03599
• 负责人: 原田 潤平
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Health Sciences University of Hokkaido
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03599/
• 关键词: 重力; Cottonテンソル; 銀河回転曲線; 修正重力理論; 一般相対論

Cottonテンソルで記述される重力場方程式を持つ重力理論の定量的なテストを目的として，重力場が非常に弱い場合かつ物体から十分遠方であるという条件での近似を用いて銀河の回転曲線問題について検討した。まず84個の回転銀河サンプルの星とガスのデータを天文学の文献から収集し，ニュートン重力（ポアソン方程式）に基づいてバルジ・ディスク・ガスの各成分の回転曲線を計算し，その計算結果が天体物理学者によって得られていた先行研究に一致していることを確認した。次にCottonテンソルで記述される重力場方程式の有効方程式に基づいて銀河の回転曲線を計算し，ダークマターを仮定することなく観測された回転曲線を説明できること定量的に示した。重力場方程式がCottonテンソルで記述される重力理論では，質点の重力ポテンシャルとして，ニュートンポテンシャルのほかに線型ポテンシャルも許されることが本質的である。ここで重要なのは，本研究に用いた銀河サンプルが高表面輝度銀河だけでなく，低表面輝度銀河をも含んでいることである。というのも，ダークマターモデルは高表面輝度銀河の回転曲線を説明するように考えられてきたモデルが多く，一般的には，低表面輝度銀河の回転曲線をうまく説明できない場合が多いことが経験的に知られている。そのため，ダークマターモデルで低表面輝度銀河の回転曲線を説明するためには，なんらかの仮定を導入する必要があった。一方，本研究のアプローチでは，高表面輝度銀河・低表面輝度銀河をわけて考える必要がなく，またさらなる仮定を導入する必要もなく，ひとつの重力理論の枠組みだけで高表面輝度銀河の回転曲線・低表面輝度銀河の回転曲線を説明可能であることがわかった。本研究の成果は，アメリカ物理学会のPhysical Review D誌に掲載された。

为了用科顿张量描述的引力场方程定量检验引力理论，我们在引力场很弱且物体距离我考虑的星系旋转曲线问题足够远的情况下使用近似。它。首先，我们从天文学文献中收集了84个旋转星系样本中的恒星和气体数据，根据牛顿引力（泊松方程）计算了核球盘气体各成分的旋转曲线，然后利用计算结果计算了凸出圆盘气体各成分的旋转曲线，这些发现与物理学家之前的研究结果一致。接下来，我们根据科顿张量描述的有效引力场方程计算了星系的旋转曲线，并定量证明了观测到的旋转曲线可以在不假设暗物质的情况下得到解释。在引力理论中，引力场方程由科顿张量描述，除了牛顿势之外，还必须允许线性势作为质点的引力势。这里重要的是，本研究中使用的星系样本不仅包括表面亮度高的星系，还包括表面亮度低的星系。这是因为许多暗物质模型被认为可以解释具有高表面亮度的星系的旋转曲线，但经验表明，通常它们往往无法解释具有低表面亮度的星系的旋转曲线。因此，为了用暗物质模型解释低表面亮度星系的旋转曲线，有必要引入一些假设。另一方面，采用本研究的方法，不需要分别考虑高表面亮度星系和低表面亮度星系，也不需要引入任何额外的假设，高表面亮度星系的旋转曲线可以・我们发现可以解释表面亮度低的星系的旋转曲线。这项研究的结果发表在美国物理学会的Physical Review D杂志上。

项目成果

Cotton gravity and 84 galaxy rotation curves

棉花引力和84个星系自转曲线

• DOI: 10.1103/physrevd.106.064044
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: 山中真人;清裕一郎;竹内道久;上坂優一;M. Yamanaka;M. Yamanaka;山中真人;山中真人;M. Yamanaka;Junpei Harada
• 通讯作者: Junpei Harada