| 研究課題/領域番号 |
21J15676
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 京都大学 (2022)
大阪市立大学 (2021) |
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研究代表者 |
岡林 一賢 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 一般相対性理論 / 量子重力 / 曲がった場の理論 / 熱輻射 / 粒子生成 / 重力崩壊 / 熱力学第二法則 / ブラックホール / 場の理論 / 熱力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、球対称な重力崩壊過程におけるエントロピーを定義し、それが確かに熱力学第二法則を満たしていることを検証することで、重力崩壊過程の熱源の解明を目指す。そのために、(i)球対称な時空では時間変化があっても重力の局所的なエネルギーが定義できることを利用して、重力崩壊過程におけるエントロピーを定義して、それが(量子論的な粒子生成を除いた古典的な)熱力学第二法則を満たすか具体的な重力崩壊のモデルを通して検証する。(ii)量子論的な効果も取り入れて熱力学を考えることにより、(i)で調べた重力崩壊過程におけるエントロピーと熱輻射によって生成された物質のエントロピーの合計が非減少となるか調べる。
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| 研究実績の概要 |
重力崩壊の末にブラックホール(BH)が形成される過程で自由場の量子論を考えると、重力の強いBH近傍から熱分布に従う粒子生成が起きることが知られている。この熱輻射を得るためには通常BHの持つ事象の地平面の存在が仮定されるが、これは必要条件ではないため、重力崩壊している物体が将来BHにならないとしても熱輻射を生じうる可能性がこれまで示唆されてきた。そこで、我々は実際に地平面がない時空を構成し、熱輻射を生じることを具体的に示してきた。その中で特に重力崩壊中に生じる粒子生成は、地平面がなくとも熱輻射を生じる典型例であり、最終的にコンパクト天体が形成される場合を考えると、生成粒子のエネルギー流束に特徴的なピークが現れることが知られている。そのため、ピークが得られればその時点では地平面のないコンパクトな天体が形成されていることがわかる。
一方でBHもしくはコンパクト天体の形成に関わらず重力崩壊を伴う場合は熱輻射を生じるため、重力崩壊は曲がった空間で熱輻射を生じる本質的な部分である可能性があった。しかし、必ずしもそうとは限らないことが本年度の我々の研究によって明らかになった。つまり、重力崩壊を伴わない場合であっても熱輻射を生じる例があることを具体的に構成して示すことができた。我々の構成した例では、星の表面は静的で重力崩壊を伴わないが、星の内部にある物質が変化にすることにより熱輻射を生じるという機構になっている。この研究により、曲がった空間における熱輻射はBHなどの地平面を持つ時空に特有な現象ではないことが改めて明らかになった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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