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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Exploring physics in the strong gravity regime with modified gravity

Research Project

Project/Area Number 22KJ1646
Allocation TypeMulti-year Fund
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高橋 一史  京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Keywords修正重力理論 / ブラックホール / 宇宙論 / 摂動論
Outline of Annual Research Achievements

将来の重力波の観測によって、一般相対論では説明できないような観測結果が報告される可能性が高いことを考えると、一般相対論を超える重力理論を研究することは喫緊の課題である。このような動機から、これまでさまざまな拡張重力理論が提案されてきた。これらの理論はいずれも、計量テンソル以外に新たな自由度を導入することにより、一般相対論を拡張したものと理解することができる。このような拡張重力理論において普遍的に成り立つ性質を捉えるべく、計量に加えスカラー場を一つだけ含んだ重力理論であるスカラーテンソル理論が特に詳しく研究されてきた。
研究代表者は、スカラー場の高階微分まで含んだ変数変換を用いて、高階微分に伴う不安定性を回避可能なスカラーテンソル理論の枠組みを大幅に拡張することに成功した。この理論が現実の宇宙に存在する物質場と整合的に結合できるかを議論し、宇宙論観測による重力理論の検証に堪え得る理論のサブクラスを特定した。また、宇宙論の文脈で模型の詳細によらない定式化としてしばしば用いられるインフレーション/ダークエネルギーの有効理論を上記理論を含むよう拡張し、宇宙論的摂動の定式化を行った。
一方でこのような変数変換は、拡張重力理論における厳密解の生成手法としても有用である。研究代表者は、パリティ対称性を破るような可逆な共形変換が可能であることを示し、それを一般相対論における回転ブラックホール解 (Kerr時空) に適用することで、パリティを破る相互作用を含んだ重力理論における厳密な回転ブラックホール解を得ることに成功した。また、得られた時空における粒子の運動についても調べ、Kerr時空と観測的に区別可能であることを示した。

  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Center for astrophysics and gravitation(ポルトガル)

    • Country Name
      PORTUGAL
    • Counterpart Institution
      Center for astrophysics and gravitation
  • [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] Exact solution for rotating black holes in parity-violating gravity2024

    • Author(s)
      Tahara Hiroaki W H、Takahashi Kazufumi、Minamitsuji Masato、Motohashi Hayato
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2024 Pages: ptae046~ptae046

    • DOI

      10.1093/ptep/ptae046

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effective field theory of black hole perturbations in vector-tensor gravity2024

    • Author(s)
      Aoki Katsuki、Gorji Mohammad Ali、Mukohyama Shinji、Takahashi Kazufumi、Yingcharoenrat Vicharit
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2024 Pages: 012~012

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2024/03/012

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Black hole ringdown from physically sensible initial value problem in higher-order scalar-tensor theories2024

    • Author(s)
      Nakashi Keisuke、Kimura Masashi、Motohashi Hayato、Takahashi Kazufumi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Pages: 024034~024034

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.109.024034

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Invertible disformal transformations with arbitrary higher-order derivatives2023

    • Author(s)
      Takahashi Kazufumi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 084031~084031

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.084031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quasinormal modes from EFT of black hole perturbations with timelike scalar profile2023

    • Author(s)
      Mukohyama Shinji、Takahashi Kazufumi、Tomikawa Keitaro、Yingcharoenrat Vicharit
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2023 Pages: 050~050

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/050

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effective description of generalized disformal theories2023

    • Author(s)
      Takahashi Kazufumi、Minamitsuji Masato、Motohashi Hayato
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2023 Pages: 009~009

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/009

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Consistency of higher-derivative couplings to matter fields in scalar-tensor gravity2023

    • Author(s)
      Ikeda Tact、Takahashi Kazufumi、Kobayashi Tsutomu
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 044006~044006

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.044006

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Quasinormal Modes from EFT of Black Hole Perturbations with Timelike Scalar Profile2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EFT of black hole perturbations with timelike scalar profile2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      Cosmology and Gravity at Kobe 2023
  • [Presentation] Generalized disformal Horndeski theories: consistency of matter coupling and cosmological perturbations2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      COSMO'23
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generalized disformal Horndeski theories: beyond Horndeski and DHOST2023

    • Author(s)
      高橋一史
    • Organizer
      IBS CTPU-CGA Workshop on Modified Gravity
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 重力理論の新たな地平 --- 最も一般的な枠組みの確立 ---

    • URL

      https://www.yukawa.kyoto-u.ac.jp/research/r359

  • [Funded Workshop] Gravity 2023: Dawn of field theoretic approach2023

URL: 

Published: 2024-12-25  

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