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2019 Fiscal Year Annual Research Report

回転ブラックホール近傍における高エネルギー粒子衝突とエネルギー引き抜き過程

Research Project

Project/Area Number 18J10275
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

小笠原 康太  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Keywords一般相対性理論 / ブラックホール
Outline of Annual Research Achievements

年次計画2年目の「高エネルギー粒子の脱出確率及び観測への示唆」の研究に取り組んだ.本年度中に電磁波観測によって,ブラックホールの作る影(シャドウ)の撮像が初成功したこともあり,当初の計画に加えて,より実際の観測を意識した解析も行った.
以前,Kerr時空の赤道面内に限定した脱出確率の評価手法を発展させ,空間3次元的な粒子の脱出確率の解析を行った.状況設定としては,(i)数理的な側面に着目した,Kerr-Newman時空での解析,(ii)宇宙物理学的に(実際の観測に)重要となる,最内接安定円軌道(ISCO)からの脱出,の2通りの解析を行った.
(i)Kerr-Newman時空は,質量・角運動量(スピン)・電荷の3つのパラメータをもつブラックホール時空であり,スピンと電荷にはある上限値が存在する.我々は脱出確率に対するこれら2つのパラメータ依存性を解析し,時空が臨界(extremal)かつ規格化されたスピンが1/2以上の場合,地平面のごく近傍からでも約30%の確率で粒子が脱出できることを明らかにした.また,スピンの増加に伴い確率も増加することがわかった.(ii)のISCO軌道からの脱出も同様に,スピンの増加に伴い確率が増加することが示された.宇宙物理学的なブラックホールのスピンには,0.998という理論的上限値が存在し,この上限値での脱出確率は約59%であった.さらに脱出光の赤方偏移を解析したところ,ISCO軌道から前方に放射された光は,遠方で青方偏移していることが明らかになった.これは,ISCO軌道にある光源のドップラー効果,いわゆる相対論的ビーミング効果であり,高い脱出確率とビーミング効果の関連性を明らかにした結果となった.これらの結果は,仮にブラックホール近傍からの情報を得られたとすると,そのブラックホールは非常に高速回転している可能性が高いことを示している.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Escape probability of a photon emitted near the black hole horizon2020

    • Author(s)
      Kota Ogasawara, Takahisa Igata, Tomohiro Harada, and Umpei Miyamoto
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 101 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.044023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observability of the innermost stable circular orbit in a near-extremal Kerr black hole2020

    • Author(s)
      Takahisa Igata, Keisuke Nakashi, and Kota Ogasawara
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 101 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.044044

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 地平面近傍からの光の脱出確率2020

    • Author(s)
      小笠原康太,伊形尚久,原田知広,宮本雲平
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
  • [Presentation] 重力レンズにおける宇宙項の影響2019

    • Author(s)
      小笠原康太,山田慧生
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] Escape probability of a photon emitted near the black hole horizon2019

    • Author(s)
      Kota Ogasawara
    • Organizer
      The 29th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シェル衝突 in 5D2019

    • Author(s)
      小笠原康太
    • Organizer
      第21回特異点研究会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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