高次元極限法による高次元ブラックホール研究とその応用

• Project/Area Number: 14J03387
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Rikkyo University (2016); High Energy Accelerator Research Organization (2014-2015)
• Principal Investigator: 田邉 健太朗 立教大学, 理学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 重力理論 / ブラックホール

Outline of Annual Research Achievements

アインシュタイン方程式の厳密解であるブラックホール解は重力理論の理解にとって重要だけでなく、量子重力理論における素粒子理論やAdS/CFT対応を通した物性理論への応用、重力波観測を通した宇宙モデルの選別などといった幅広い応用力からも注目されている研究テーマでもある。近年数値マシンの性能向上とそれに伴った数値計算技術の発展により非線形偏微分方程式であるアインシュタイン方程式が様々な状況において解くことが可能となり、その結果多くの興味深いブラックホールの性質が明らかとなってきている。本研究課題の目的は数値的アプローチと相補的となる、ブラックホール物理学への新たな解析的手法である高次元極限法を確立し応用していくことである。高次元極限法は時空の次元Dに対してアインシュタイン方程式を1/D展開により解析する手法であり、それまで数値的にのみ知られていたブラックホールの性質に対して解析的な結果を与えることに成功している。採用第１年度と第２年度では高次元極限法を真空のアインシュタイン方程式に適用する基礎を線形・非線形両側面において確立させた。そこで採用第３年度では、それらの結果を真空でない重力理論へと応用し高次元極限法を重力理論解析手法として一般的なものへと昇華させることに成功した。具体的には電荷を帯びたブラックホールへの高次元極限法の適用法を確立させ、また数値的にのみ知られていたブラックリング解の弾性的不安定性を世界で初めて解析的に証明することに成功した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Instability of de Sitter Reissner-Nordstrom black hole in the 1/D expansion (2016)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Journal Title: Classical and Quantum Gravity Volume: 33 Issue: 12 Pages: 125016-125016
  • DOI: 10.1088/0264-9381/33/12/125016
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hydro-elastic Complementarity in Black Branes at large D (2016)
  • Author(s): Roberto Emparan, Keisuke Izumi, Raimon Luna, Ryotaku Suzuki, Kentaro Tanabe
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 6 Issue: 6
  • DOI: 10.1007/jhep06(2016)117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Energy extraction from Kerr black holes by rigidly rotating strings (2016)
  • Author(s): Shunichiro Kinoshita, Takahisa Igata, Kentaro Tanabe
  • Journal Title: Physics Review D Volume: 94 Issue: 12 Pages: 124039-124039
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.124039
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Black rings at large D (2016)
  • Author(s): K. Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 1602 Issue: 2 Pages: 151-151
  • DOI: 10.1007/jhep02(2016)151
• [Journal Article] Effective theory of Black Holes in the 1/D expansion (2015)
  • Author(s): Roberto Emparan, Tetsuya Shiromizu, Ryotaku Suzuki, Kentaro Tanabe, Takahiro Tanaka
  • Journal Title: JHEP Volume: 1506 Issue: 6 Pages: 159-159
  • DOI: 10.1007/jhep06(2015)159
  • NAID: 120005749943
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stationary black holes: Large D analysis (2015)
  • Author(s): R.Suzuki and K.Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 1509 Issue: 9 Pages: 193-193
  • DOI: 10.1007/jhep09(2015)193
• [Journal Article] Non-uniform black strings and the critical dimension in the 1/D expansion (2015)
  • Author(s): R.Suzuki and K.Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 1510 Issue: 10 Pages: 107-107
  • DOI: 10.1007/jhep10(2015)107
• [Journal Article] Evolution and endpoint of the black string instability: Large D solution (2015)
  • Author(s): R. Emparan, R. Suzuki and K. Tanabe
  • Journal Title: Physical Review Letter Volume: 115 Issue: 9 Pages: 091102-091102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.091102
• [Journal Article] Quasinormal modes of (Anti-)de Sitter black holes in the 1/D expansion (2015)
  • Author(s): R.Emparan, R.Suzuki and K.Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 未定
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Instability of rotating black holes: large D analysis (2014)
  • Author(s): R.Emparan, R.Suzuki and K.Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 1406 Issue: 6 Pages: 106-106
  • DOI: 10.1007/jhep06(2014)106
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Decoupling and non-decoupling dynamics of large D black holes (2014)
  • Author(s): R.Emparan, R.Suzuki and K.Tanabe
  • Journal Title: JHEP Volume: 1407 Issue: 7 Pages: 113-113
  • DOI: 10.1007/jhep07(2014)113
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Black rings in (A)dS (2016)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: KMI mini-workshop on General relativity in higher dimensions -recent progress and future perspective-
  • Place of Presentation: Nagoya University (愛知県 名古屋市)
  • Year and Date: 2016-11-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Charged rotating black holes (2016)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: Spanish-Portugeese Relativity meeting 2016
  • Place of Presentation: Lisbon University (Portugal, Lisbon)
  • Year and Date: 2016-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Charged rotating black holes (2016)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: 21st International Conference on General Relativity and Gravitation
  • Place of Presentation: Columbia University (USA, New York)
  • Year and Date: 2016-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高次元極限法による回転ブラックストリング解のGregory-Laflamme不安定性 (2016)
  • Author(s): 田邉 健太朗
  • Organizer: 物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Charged black holes at large D (2016)
  • Author(s): 田邉 健太朗
  • Organizer: 第１７回 特異点 研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] Evolution and endpoint of the black string instability: Large D solution (2015)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: The 25th workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Large D limit of General Relativity (2015)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: Hot topics in General Relativity and Gravitation II
  • Place of Presentation: Quy Nhon(Vietnam)
  • Year and Date: 2015-08-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ブラックダンベル解 (2015)
  • Author(s): 田邉 健太朗
  • Organizer: 第70回物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] Horizon dynamics of large D BHs (2015)
  • Author(s): 田邉 健太朗
  • Organizer: 第16回特異点研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-01-11
• [Presentation] Large D black holes (2014)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: Spanish Relativity meeting
  • Place of Presentation: Valencia University, Spain
  • Year and Date: 2014-09-01
• [Presentation] Instability of rotating black holes: large D analysis (2014)
  • Author(s): Kentaro Tanabe
  • Organizer: Holographic vistas on Gravity and Strings
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所
  • Year and Date: 2014-05-26