2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical research on gravitational wave phenomena caused by string axions
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18K03654
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
吉野 裕高 大阪市立大学, 数学研究所, 特別研究員 (20377972)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強重力場 / ブラックホール磁気圏 / 重力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はブラックホールまわりのアクシオン場の振る舞いを研究テーマに掲げた。アクシオンが超放射不安定というメカニズムによってブラックホールの回転エネルギーを引き抜いて増幅すると、自己相互作用が効いてくる。その段階で起こる現象を明らかにする計画であった。しかし、超放射不安定の時間スケールが長く、数値シミュレーションによってこれを遂行するのは困難であった。
そこで途中から視野を広く持ち、ブラックホール周辺の時空の性質を明らかにし、広い意味で観測可能な現象を議論するという方向性で研究をおこなった。その結果、令和３年度は計４本、研究期間全体では８本の論文を出版した。内訳は、重力崩壊する星の観測に関する論文が１本、ブラックホール周辺の強重力場を特徴付ける概念を提案した論文が４本（最終年度は１本）、ブラックホール周辺の光の振る舞いについて解析した論文が２本（最終年度）、ブラックホール周辺での「光子・重力子変換」によって生じる重力波の観測可能性に関する論文が１本（最終年度）である。
「光子・重力子変換」の研究について説明しておくと、磁気圏を持つ銀河中心の超巨大ブラックホール周辺において、ブラックホールに落ち込む物質から放射される光がブラックホールまわりを旋回しながら磁場を通り抜けるときに重力波に変換される。その過程で生じる重力波の存在量を見積もり、観測可能性を示唆する論文を出版した。「光子・重力子変換」はアクシオンにも類似の「光子・アクシオン変換」があることが知られており、現在アクシオンへの拡張を議論している。
当初の研究計画に基づいたシミュレーションもデータがたまってきている。本研究計画は令和３年度をもって修了したが、令和４年度より別のアクシオンの科研費プロジェクトの分担研究者を引き受けており、この研究を継続して発展させ、成果を出したいと考えている。
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