三重星系におけるパルサーの軌道運動からの自由落下の普遍性

科学分野:

• 重力物理学と天体物理学について
• 一般相対性理論と重力の代替理論のテスト

背景:

• アインシュタインの相対性理論は,すべての物体が重力場の中で同じように加速すると述べて,自由落下の普遍性に基づいています.
• 強い同等性原理は,この普遍性が,多くの代替的重力理論では満たされない,有意な自己重力を持つ天体にも当てはまるように要求する.
• この原理の以前のテストは,太陽系天体の弱い自己重力やパルサー・ホワイト・ダワーフ・バイナリに対する弱い銀河の重力の影響によって制限されていました.

研究 の 目的:

• 強力なフィールドで自由落下の普遍性を正確にテストする.
• パルサーと白矮星を含む 独特の三重星系を用いて 強い同等性原理を調査する

主な方法:

• PSR J0337+1715の三重星系を利用し,ミリ秒パルサーと別の白矮星を周回する白矮星のバイナリを構成した.
• パルサー (強い自己重力を持つ) と内側の白矮星が外側の白矮星の重力の影響下にある加速を比較した.
• 強いフィールドのNordtvedtパラメータを制限するために加速度の分数差を測定しました.

主要な成果:

• パルサーと同伴白矮星の加速度は2.6×10−6を超えてわずかに異なる.
• 自由落下の普遍性の違反の測定である強いフィールドのノルドヴェットパラメータに新しい厳格な限界を確立しました.
• この限界値は,以前の太陽系テストやその他の強いフィールドテストで得られた値よりもはるかに正確です.

結論:

• この発見は アインシュタインの相対性理論と 強い自己重力の存在でも 自由落下の普遍性を 強く支持しています
• PSR J0337+1715システムは 強力な重力場における 基礎物理学のテストのための強力な新しいツールを提供します
• 極端な天体物理環境で 一般相対性理論から 潜在的偏差を検知する能力を 大きく向上させました