2019 Fiscal Year Annual Research Report
A new method to constrain the small-scale primordial density perturbations
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15K17632
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
須山 輝明 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 原始密度揺らぎ / 原始ブラックホール / 背景重力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重力波観測によるブラックホール連星合体イベントの検出が相次いでいる。これらのブラックホールの起源の候補の一つとして原始ブラックホールの可能性を２０１６年に提示した。以降、小スケール原始密度揺らぎを探求する新たな観測量として、原始ブラックホールに注目が集まっている。この状況を踏まえ、今年度は２つの研究プロジェクトに取り組んだ。一つ目は、連星ブラックホール合体イベントが今後の重力波観測で多数見つかった場合、ブラックホールの質量分布から、原始密度揺らぎのパワースペクトルの再構築がどの程度可能かを明らかにすることである。パワースペクトルを、原始ブラックホールに対応するスケールの周りで２次関数の精度でテイラー展開した場合、重力波観測から３つの展開係数を原理的に決定することが可能であることを示すことができた。二つ目は、質量が10^14グラム程度の原始ブラックホールの存在の検証可能性である。その程度の質量を持つ原始ブラックホールが初期宇宙で形成すると、同時に大元である原始密度揺らぎからLIGO重力波干渉計の感度振動数帯をピークに持つ背景重力波も作られることが知られている。この背景重力波のLIGO重力波干渉計に対するシグナルノイズ比を、LIGOの各観測フェーズ(O1+O2)、O3、デザイン感度、において評価した。そして、デザイン感度においては、広域な質量域に対して原始ブラックホールの検証が達成できること、原始密度揺らぎのパワースペクトルの形によっては、O1+O2でさえも検証可能であることが分かった。今後、実際の重力波観測データを用いて、原始ブラックホールの検証を行なう予定である。
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