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天文学:三重星系のパルサーの軌道運動から得られた自由落下の普遍性

Nature 559, 7712 doi: 10.1038/s41586-018-0265-1

アインシュタインの重力理論(一般相対性理論)は、全ての物体が外部重力場で等しく加速するとする自由落下の普遍性に基づいている。ほとんど全ての代替重力理論とは対照的に、一般相対性理論の強い等価原理は、自己重力の強い物体にも自由落下の普遍性が当てはまることを要求する。この原理の、太陽系の天体を用いた直接的な検証は天体の自己重力が弱いため制約されており、パルサーと白色矮星からなる連星系を用いた検証は銀河系の重力による引力が弱いため制約されてきた。PSR J0337+1715は、3つの星の階層的な系(三重星系)であり、ミリ秒電波パルサーと白色矮星からなる軌道周期が1.6日の連星が、もう1つの白色矮星と327日の周期で軌道運動している。この系によって、外側の白色矮星の重力による引力が、自己重力の強いパルサーと内側の白色矮星にどのような影響を及ぼすかを比較する検証が可能になる。本論文では、パルサーとその近傍の白色矮星伴星の加速度の比の1との差が、2.6 × 10−6未満であることを報告する。大まかに比較すると、自由落下の普遍性の破れを測る強い重力場のノルドベッドのパラメーターに関して今回得られた上限は、(弱い重力場の)太陽系での検証から得られるものの10分の1であり、他の強い重力場の検証から得られるものの約1000分の1である。

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