次世代重力波観測に向けた宇宙初期起源コンパクト連星の解明

• Project/Area Number: 13J01284
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 衣川 智弥 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 連星進化 / 重力波 / 初代星 / 一般相対論 / ブラックホール / 高密度星 / 宇宙初期

Outline of Annual Research Achievements

申請者は初代星起源の連星ブラックホールの特性が初代星の初期条件や連星進化の不定パラメータによらないことを示し、太陽の30倍程度の質量のブラックホール同士の連星（連星ブラックホール）の観測により、実証できることを明らかにした。さらに、申請者は初代星起源ブラックホールの自転についても研究を行い、形成されるブラックホールとして極端に回転していないものと回転しているものに分かれ、回転しているブラックホールの合体により、強重力下での一般相対論の県境ができることを示した。
これは宇宙初期にできた光では見ることのできない天体を重力波という新たな観測手段で明らかにし、さらには基礎物理の検証をも行うという意欲的な研究である。さらにLIGOによる初の重力波検出GW150914の結果は申請者の予言と明らかに合致した約30太陽質量の連星ブラックホールによる重力波であり、LIGOグループの論文にも詳細に「驚くべき事にGW150914は衣川らの予言の質量とぴったりと一致している。」と引用されている。本研究は、今後の重力波による観測を牽引しうる意欲的かつ重要な研究といえる。実際，0.1Hz帯を狙う宇宙重力波干渉計DECIGOの第1段階のpre-DECIGOでもGW150914のような連星ブラックホールは検出可能であるので、pre-DECIGOの詳細なサイエンスターゲットを提示した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Possible confirmation of the existence of ergoregion by the Kerr quasinormal mode in gravitational waves from Pop III massive black hole binary (2016)
  • Author(s): Kinugawa, Tomoya; Nakano, Hiroyuki; Nakamura, Takash
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 031E01 Issue: 3 Pages: 031E01-031E01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw012
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The detection rate of inspiral and Quasi-normal modes of Pop III binary black holes can confirm or refute the Einstein theory in the strong gravity region (2016)
  • Author(s): Tomoya Kinugawa, Akinobu Miyamoto, Nobuyuki Kanda, Takashi Nakamura
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 456 Issue: 1 Pages: 1093-1114
  • DOI: 10.1093/mnras/stv2624
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Possible indirect confirmation of the existence of Pop III massive stars by gravitational wave (2014)
  • Author(s): Kinugawa, Tomoya; Inayoshi, Kohei; Hotokezaka, Kenta; Nakauchi, Daisuke; Nakamura, Takashi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 442 Issue: 4 Pages: 2963-2992
  • DOI: 10.1093/mnras/stu1022
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 初代星起源連星ブラックホール合体による重力波の観測可能性とquasi-normal mode (2016)
  • Author(s): 衣川智弥, 宮本 晃伸, 神田展行, 中村卓史
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] GW150914:remnant spinとそれを説明しうるPop III連星進化経路 (2016)
  • Author(s): 衣川智弥
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 初代星連星起源の重力波 (2015)
  • Author(s): 衣川智弥, 宮本 晃伸, 神田展行, 中村卓史
  • Organizer: 理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学（豊中市）
  • Year and Date: 2015-12-23
• [Presentation] The detection rate of Inspiral and QNMs of Pop III BH-BHs which can confirm or refute the GR in the strong gravity region (2015)
  • Author(s): T. Kinugawa, A. Miyamoto, N. Kanada, T. Nakamura
  • Organizer: JGRG25
  • Place of Presentation: YITP,Kyoto,Japan
  • Year and Date: 2015-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Population III binary black holes with chirp mass of ~30 Msun and detectability of the quasi-normal mode with frequency ~200 Hz to confirm or refute the Einstein’s gravity theory in the strong gravity region (2015)
  • Author(s): T. Kinugawa, A. Miyamoto, N. Kanada, T. Nakamura
  • Organizer: Fourteenth Marcel Grossmann Meeting
  • Place of Presentation: University of Rome "La Sapienza",Roma,Itary
  • Year and Date: 2015-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pop III binary black holes with chirp mass of ~30 Msun and detectability of the quasi-normal mode with frequency ~200 Hz to confirm or refute the Einstein theory in the strong gravity region (2015)
  • Author(s): T. Kinugawa, A. Miyamoto, N. Kanada, T. Nakamura
  • Organizer: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop
  • Place of Presentation: INTEX-Osaka,Osaka,Japan
  • Year and Date: 2015-06-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KAGRAでのBH連星合体重力波観測によるPopIIIの存在の証明と連星進化パラメータ推定の可能性 (2015)
  • Author(s): 宮本晃伸，衣川智弥，神田展行，中村卓史
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 次世代重力波観測のための初代星連星進化計算 (2015)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Pop III binary population synthesis for gravitational wave (2015)
  • Author(s): Tomoya Kinugawa
  • Organizer: 新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」第３回シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学（東広島市）
  • Year and Date: 2015-02-19 – 2015-02-21
• [Presentation] The uncertainty of the binary population synthesis (2015)
  • Author(s): Tomoya Kinugawa
  • Organizer: 新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」第３回シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学（東広島市）
  • Year and Date: 2015-02-19 – 2015-02-21
  • Invited
• [Presentation] 重力波では累積したコンパクト連星の合体がみえるので宇宙初期から現在までの化学進化および連星進化の積分値ともいえる観測量が得られる (2015)
  • Author(s): 衣川智弥
  • Organizer: コンパクト連星合体からの重力波・電磁波放射とその周辺領域
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都市）
  • Year and Date: 2015-02-12 – 2015-02-14
• [Presentation] 連星進化計算による重力波イベントレート計算とその不定性 (2015)
  • Author(s): 衣川智弥
  • Organizer: 新学術領域研究「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」A04/05 joint camp
  • Place of Presentation: 瀬波温泉 ニューハートピア新潟瀬波（村上市）
  • Year and Date: 2015-01-08 – 2015-01-10
• [Presentation] 特異な新星MAXI J0158-744の形成過程について (2014)
  • Author(s): 衣川智弥
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 山形大学（山形市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Possible undirect confermation of Pop III massive binaries by GW (2014)
  • Author(s): Tomoya Kinugawa, Kohei Inayoshi, Kenta Hotokezaka, Daisuke Nakauchi, Takashi Nakamura
  • Organizer: Binary Systems, their evolution and environments
  • Place of Presentation: ウランバートル（モンゴル）
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-05
• [Presentation] Existence of Pop III stars can be confirmed by gravitational waves from about 30 solar mass BH-BH binary (2014)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 新学術領域「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」A04/05班合同合宿
  • Place of Presentation: 兵庫県豊岡市
• [Presentation] KAGRAにおける初代星起源連星の観測可能性と初期分布関数及び連星進化に対する依存性 (2014)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学(東京都三鷹市)
• [Presentation] Population synthesis and Pop III BH binary (2013)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 新学術領域「重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開」研究会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府京都市)
  • Year and Date: 2013-07-26
• [Presentation] 次世代重力波観測のための初代星起源連星の進化計算 (2013)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 連星系東京研究会
  • Place of Presentation: 慶応大学(神奈川県横浜市)
• [Presentation] 次世代重力波観測のための初代星連星進化計算 (2013)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
• [Presentation] 初代星連星進化と重力波 (2013)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼、中村卓史
  • Organizer: 連星変光星低温度星研究会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡県福岡市)
• [Presentation] PopIII binary population synthesis (2013)
  • Author(s): 衣川智弥、稲吉恒平、仏坂健太、仲内大翼ね中村卓史
  • Organizer: GWPAW
  • Place of Presentation: インド