2016 Fiscal Year Annual Research Report
多体系ダイナミクスと重力波を通じた修正重力理論の理解と検証
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15J01732
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山田 慧生 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 一般相対論 / 重力波 / 三体問題 / EMRI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，一般相対論および修正重力理論における多体系ダイナミクスと重力波の理解のために，主に次の研究を行った．１．Newton 重力における三体問題の特殊解の一として知られる Lagrange の正三角解は，一般相対論の枠組みにおいては重力波を放出しうることがわかっている [H. Asada, Phys. Rev. D 80, 064021 (2009)]．そこで，Lagrange の正三角解に重力波放射の反作用の主要項を取り入れて軌道進化を調べ，結果として，系は崩壊することなく連星の場合と同様に軌道半径を減少させることを示した[K. Yamada & H. Asada, Phys. Rev. D 93, 084027 (2016)]．
２．任意の質量の三天体に対する一般相対論的な重力場における三角形状の平衡解がある [T. Ichita, K. Yamada, & H. Asada, Phys. Rev. D 83, 084026 (2011); K. Yamada & H. Asada, Phys. Rev. D 86, 124029 (2012)]．この解の安定性は運動平面における摂動に対してのみ知られており，これを全ての可能な摂動に対する安定性の議論に拡張した．この結果はプレプリントとして公開し，査読付きの学術誌に投稿中である．
３．LISA の観測対象である EMRI は質量比による摂動展開を用いてダイナミクスが記述できる．実際の観測精度においては二次の摂動まで必要であるが，この時，ブラックホールの地平面近傍において摂動の見かけの発散が起こる問題が指摘されている．これを受けて，Kerr ブラックホールの地平面近傍における二次摂動の振る舞いを調べ，見かけの発散が地平面に落ち込む重力波のエネルギーと角運動量フラックスに起因することを見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
重力波の直接検出が Advanced LIGO によって世界で初めてなされたことから，重力波を通じた一般相対論の検証の機運が高まっている．本年度の研究1-3はこれに関連し，天体ダイナミクスから生じる重力波を精密に知るための足がかりとなる研究であり，今後の重力波天文学における応用が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究に引き続き，一般相対論的な三体系および連星系 EMRI のダイナミクス及び放出される重力波の議論を行う．特に，より現実的な系を取り扱うために離心率を考慮することで円軌道に限定されたこれまでの議論を拡張する．また，強重力場における三体および多体相互作用を議論するために，円軌道に限定し，EMRI の近傍における平衡点を探り，ダイナミクスを調べる．
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