New developments of gravity theory research in gravitational wave physics / astronomy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
• Project/Area Number: 17H06359
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Mukohyama Shinji 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (40396809)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 恵一 早稲田大学, 理工学術院, 名誉教授 (70199610) ; 浅田 秀樹 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (50301023) ; 須山 輝明 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 宇宙物理 / 天文学

Outline of Final Research Achievements

Through the physics of gravitational waves, we approached the essence of gravity and the universe, set the construction of a gravitational theory beyond general relativity as one of our goals, and succeeded in constructing a general theoretical framework for that purpose. Specifically, we discovered the minimal theory of bigravity (MTBG), which eliminates all fatal instabilities. We also succeeded in extending the effective field theory with timelike scalar profile to arbitrary backgrounds. Furthermore, in case merger of primordial black holes is observed, we proposed a method to reconstruct the power spectrum of the short-scale primordial density fluctuations from the merger rate.

Free Research Field

重力理論と宇宙論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

MTBGは、初期宇宙を含めた様々な状況に適用可能で、重力子の質量項がダークエネルギーの代わりになって宇宙膨張を加速させることもできるので、重力波観測によって重力子の質量をテストする理論的土台を与えるだけでなく、ダークエネルギーの謎を解くためのヒントにもなると考えられる。また、本研究において世界で初めて構築した有効場の理論は、重力波の観測と宇宙論スケールの観測と、重力理論をつなぐ架け橋の役割を果たすと期待される。さらに、本研究で提唱したパワースペクトルの再構築方法により、未だ観測的に未解明の短波長原始密度揺らぎについて、重力波の観測データから全く新しい知見が得られる可能性がある。