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

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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。