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2023 Fiscal Year Annual Research Report

連星ブラックホールの自転から迫る原始ブラックホールの検証

Research Project

Project/Area Number 19K03864
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

須山 輝明  東京工業大学, 理学院, 教授 (20456198)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords原始ブラックホール / 重力波
Outline of Annual Research Achievements

回転している原始ブラックホール形成に必要な原始密度揺らぎの大きさの閾値を求めた。この閾値は角運動量の2次のオーダーで増加し、回転速度が大きい原始ブラックホールほど形成しにくいという結果が得られた。このことと先行研究に基づく原始ブラックホールが持つ典型的な角運動量を比較することで、少なくともガウス型原始揺らぎにおいては、原始ブラックホールの形成時における角運動量分布を主に決めるのは、閾値ではなく揺らぎの分布関数であることが分かった。
また、原始ブラックホールの形成時の質量分布や角運動量分布を計算する新しい理論手法を提案した。これはあるハッブル領域から原始ブラックホールが形成する確率をそのまま確率分布関数に置き換えていた先行研究の問題点を、揺らぎの空間スケールという自由度を導入することで解決するものである。この自由度を関数積分に取り入れることで、原理的には任意の原始揺らぎの統計分布に対して計算可能な定式化を与えることができた。
連星原始ブラックホールの合体の質量分布が宇宙赤方偏移に依存しないことを踏まえ、合体率の質量分布の時間依存性を重力波観測から検証するための方法論を構築した。そして、合体の観測数が十分大きければ、この方法によって原始ブラックホールを重力波観測から検証可能なことを示した。さらに、LIGO-VirgoのO3観測の実データに対して、今回導いた統計方法を適用し、質量分布が宇宙赤方偏移に依存している兆候はなく、重力波イベントの起源が原始ブラックホールであることを無矛盾であることを示した。ただし、観測された合体イベント数では、干渉計の感度に起因するselection biasの影響が大きく、質量分布の宇宙赤方偏移への依存性が非常に強い場合のみを棄却するものであり、意味のある制限を課すには今後の観測でイベント数を増やすことが必要であることも分かった。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] バルセロナ大学(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      バルセロナ大学
  • [Journal Article] Weak lensing of gravitational waves in wave optics: Beyond the Born approximation2023

    • Author(s)
      Mizuno Morifumi、Suyama Teruaki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 1,33

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.043511

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kramers-Kronig relation in gravitational lensing2023

    • Author(s)
      Tanaka So、Suyama Teruaki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 1,10

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.044015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Upper limit on scalar field dark matter from LIGO-Virgo third observation run2023

    • Author(s)
      Fukusumi Koki、Morisaki Soichiro、Suyama Teruaki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 1,12

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.095054

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Probing the Solar Interior with Lensed Gravitational Waves from Known Pulsars2023

    • Author(s)
      Takahashi Ryuichi、Morisaki Soichiro、Suyama Teruaki
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 957 Pages: 1,13

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acfa93

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Supermassive primordial black holes: A view from clustering of quasars at z=62023

    • Author(s)
      Shinohara Takumi、He Wanqiu、Matsuoka Yoshiki、Nagao Tohru、Suyama Teruaki、Takahashi Tomo
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 1,12

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.063510

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extra-tensor-induced origin for the PTA signal: No primordial black hole production2023

    • Author(s)
      Gorji Mohammad Ali、Sasaki Misao、Suyama Teruaki
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 846 Pages: 1,4

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138214

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kramers-kronig relation in Gravitational lensing2024

    • Author(s)
      Teruaki Suyama
    • Organizer
      CTPU-CGA 2024 Workshop on (Primordial) Black Holes and Gravitational Waves
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gravitational lensing of gravitational waves as a probe of matter fluctuations2023

    • Author(s)
      Teruaki Suyama
    • Organizer
      Second mini-workshop on the early universe
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Gravitational lensing of gravitational waves2023

    • Author(s)
      Teruaki Suyama
    • Organizer
      CAS-JSPS-IBS CTPU-CGA 2023 summer workshop on cosmology, gravity, particle physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Kramers-kronig relation in Gravitational lensing2023

    • Author(s)
      Teruaki Suyama
    • Organizer
      One-day workshop on cosmology and gravity
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] New Consistency Relations between Averages and Variances of Weakly Lensed Signals of Gravitational Waves2023

    • Author(s)
      Teruaki Suyama
    • Organizer
      JGRG32
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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