• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Testing gravity with gravitational waves from black holes

Research Project

Project/Area Number 23K13101
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高橋 一史  京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD) (00850132)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2028-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2027: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords修正重力理論 / ブラックホール / 摂動論 / 重力理論 / 重力波
Outline of Research at the Start

ブラックホール由来の重力波が検出可能となり、強重力場における物理の探査が劇的に進むことが見込まれる。今後一層詳細な観測により一般相対論では説明できない現象の発見も期待されるため、拡張された重力理論の枠組みにおいてブラックホール由来の重力波の予言を行い、観測結果をもとに重力理論を検証するための定式化が必要となる。本研究では、時空対称性の自発的破れに基づく低エネルギー有効理論の観点から、ブラックホール時空のまわりの摂動に対する有効作用を構成する。こうして得られる有効理論の枠組みでブラックホール由来の重力波の理論予言を行い、重力理論を模型の詳細によらず検証するための理論的基盤を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

将来の重力波の観測によって、一般相対論では説明できないような観測結果が報告される可能性が高いことを考えると、一般相対論を超える重力理論を研究することは喫緊の課題である。このような動機から、これまでさまざまな拡張重力理論が提案されてきた。これらの理論はいずれも、計量テンソル以外に新たな自由度を導入することにより、一般相対論を拡張したものと理解することができる。このような拡張重力理論において普遍的に成り立つ性質を捉えるべく、計量に加えスカラー場を一つだけ含んだ重力理論であるスカラーテンソル理論が特に詳しく研究されてきた。
研究代表者は、時空対称性の自発的破れに基づく低エネルギー有効理論の観点から、スカラーテンソル理論におけるブラックホール時空まわりの摂動を普遍的に記述可能な枠組みを確立した。特に本年度は、球対称ブラックホールまわりの奇パリティ摂動について準固有振動を計算するためのパイプラインを構築し、一般相対論における球対称ブラックホール解であるSchwarzschild時空の場合からの差異を定量的に議論した。また、上記有効理論を、ベクトルテンソル理論を含むように拡張することに成功した。これらの結果は、ブラックホール由来の重力波により重力理論を検証する上で基礎的かつ重要な役割を果たすと期待される。
上記以外にも、場の高階微分を含んだ可逆な変数変換により生成される重力理論が現実の宇宙に存在する物質場と整合的に結合できるかを議論し、宇宙論観測による重力理論の検証に堪え得る理論のサブクラスを特定した。また、宇宙論の文脈で模型の詳細によらない定式化としてしばしば用いられるインフレーション/ダークエネルギーの有効理論を上記理論を含むよう拡張し、宇宙論的摂動の定式化を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究代表者は2022年度に、スカラーテンソル理論においてブラックホール時空まわりの摂動を模型の詳細によらず記述可能な有効理論を構築した。本年度は、この有効理論の最初の現象論的応用として、球対称ブラックホールの準固有振動を計算するためのパイプラインの構築に成功した。さらに上記有効理論を、ベクトルテンソル理論を含むように拡張することに成功した。このように、ブラックホール由来の重力波により重力理論を検証するための理論的基盤の整備を着実に進めている。
以上のことから、本研究課題は現在までおおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

本年度は主に球対称ブラックホールまわりの奇パリティ摂動に対する準固有振動に着目したが、今後はブラックホールの潮汐変形などを含む多角的な解析を進める。また、偶パリティ摂動の解析、より現実的な回転ブラックホールに対する有効理論の構築に関する研究も並行して進める。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Center for astrophysics and gravitation(ポルトガル)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] バルセロナ大学(スペイン)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Exact solution for rotating black holes in parity-violating gravity2024

    • Author(s)
      Tahara Hiroaki W H、Takahashi Kazufumi、Minamitsuji Masato、Motohashi Hayato
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2024 Issue: 5 Pages: 1-21

    • DOI

      10.1093/ptep/ptae046

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effective field theory of black hole perturbations in vector-tensor gravity2024

    • Author(s)
      Aoki Katsuki、Gorji Mohammad Ali、Mukohyama Shinji、Takahashi Kazufumi、Yingcharoenrat Vicharit
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2024 Issue: 03 Pages: 012-012

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2024/03/012

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Black hole ringdown from physically sensible initial value problem in higher-order scalar-tensor theories2024

    • Author(s)
      Nakashi Keisuke、Kimura Masashi、Motohashi Hayato、Takahashi Kazufumi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Issue: 2 Pages: 024034-024034

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.024034

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Invertible disformal transformations with arbitrary higher-order derivatives2023

    • Author(s)
      Takahashi Kazufumi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Issue: 8 Pages: 084031-084031

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.084031

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quasinormal modes from EFT of black hole perturbations with timelike scalar profile2023

    • Author(s)
      Mukohyama Shinji、Takahashi Kazufumi、Tomikawa Keitaro、Yingcharoenrat Vicharit
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2023 Issue: 07 Pages: 050-050

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/050

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effective description of generalized disformal theories2023

    • Author(s)
      Takahashi Kazufumi、Minamitsuji Masato、Motohashi Hayato
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2023 Issue: 07 Pages: 009-009

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/009

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quasinormal Modes from EFT of Black Hole Perturbations with Timelike Scalar Profile2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EFT of black hole perturbations with timelike scalar profile2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      Cosmology and Gravity at Kobe 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Generalized disformal Horndeski theories: consistency of matter coupling and cosmological perturbations2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      COSMO'23
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generalized disformal Horndeski theories: beyond Horndeski and DHOST2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      IBS CTPU-CGA Workshop on Modified Gravity
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi