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

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J01284
• 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
• Keywords: 連星進化 / 重力波 / 初代星 / 一般相対論

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): T. Kinugawa, H. Nakano, T. Nakamura
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2016,3 Pages: 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 which can confirm or refute the General Relativity in the strong gravity region (2016)
  • Author(s): T. Kinugawa, A. Miyamoto, N. Kanda, T. Nakamura
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 456 Pages: 1093-1114
  • DOI: 10.1093/mnras/stv2624
  • Peer Reviewed / 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 – 2016-03-22
• [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 – 2016-03-17
• [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 – 2015-12-25
• [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 – 2015-12-11
  • 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 – 2015-07-18
  • 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 – 2015-06-20
  • Int'l Joint Research