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位相検閲定理が予言する新しいブラックホール解の構成とその安定性解析

研究課題

研究課題/領域番号 21K03560
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
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
研究機関豊田工業大学

研究代表者

富沢 真也  豊田工業大学, 工学部, 教授 (20624042)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード高次元ブラックホール / 厳密解 / ブラックホールの一意性 / 超重力理論 / non-BPS / ブラックストリング / 修正重力理論 / 逆散乱法 / 安定性 / ガウスボンネ / ブラックホール / 高次元 / 重力理論 / 一般相対論
研究開始時の研究の概要

近年、ブレーンワールドやAdS/CFT対応の登場によって、時空次元が4よりも大きな高次元ブラックホールは、重要な地位を築きつつある.しかし、4次元ブラックホール解とは異なり、高次元ブラックホール解は、唯一つではないことが明らかにされてはいるが、現時点で全ての高次元ブラックホール解が発見されたかどうかは自明ではない. これまでの高次元ブラックホール解に関する多くの研究では、様々なトポロジーのブラックホールを記述する解が構成されてきたが、本研究の目的は、ブラックホールの外部領域が非自明なトポロジーを持つ新しいタイプのブラックホールの正則解を構成し、安定性解析を行うことである.

研究実績の概要

1993年にFriedman, Shleichi, Wittが証明した「位相検閲定理」は、4次元の漸近的に平坦な時空では、ブラックホールの外部領域は自明なトポロジーしか許されず、穴やハンドルのような非自明な構造が存在しないことを示している。しかし、この定理は5次元以上の漸近平坦なブラックホール時空では、非自明な構造を禁止していないため、高次元時空では非自明なトポロジーを持つブラックホールの解が存在する可能性がある。これは、想定以上に多くの未発見のブラックホール解が存在することを示唆している。論文「A Capped Black Hole in Five Dimensions, R. Suzuki, S. Tomizawa, to be published in Physical Review D(Letter)」では、5次元最小超重力理論で、定常かつ漸近平坦で、ブラックホールの位相が球面でありながら、外部領域が非自明な位相を持つ非BPSブラックホールの正則解を世界で初めて構成した。従来知られているCvetic-Youmのブラックホール解と我々が求めた解の存在は、球形ブラックホールの一意性の破れを示している。また、論文「Solution Generation of a Capped Black Hole, R. Suzuki, S. Tomizawa, to be published in Physical Review D」や「New construction of a charged dipole black ring by the Harrison transformation, R. Suzuki, S. Tomizawa, Physical Review D 109, 084020 (2024)」では、五次元最小超重力理論でブラックレンズ解やブラックリング解を構成した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初は、五次元真空アインシュタイン方程式の厳密解を求めようとしていたが、予想に反して正則な解が見つからなかった。しかし、五次元超重力理論の枠組みの中で帯電ブラックホール解として見つけることができた。

今後の研究の推進方策

今年度は、位相検閲定理が予想するブラックうホールの外部領域の位相の中で最も単純な解がみつかったので、より一般的な外部領域の位相をもつようなブラックホール解を求める。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (57件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (19件) (うち査読あり 18件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] A Capped Black Hole in Five Dimensions2024

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      to be published in Physical Review D (Letter), arXiv:2311.11653 [hep-th]

      巻: 2311.11653 ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New construction of a charged dipole black ring by the Harrison transformation2024

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 109 号: 8 ページ: 084020-084020

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.084020

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Static equilibrium of multi-black holes in expanding bubbles in five dimensions2024

    • 著者名/発表者名
      Shinya Tomizawa, Ryotaku Suzuki
    • 雑誌名

      to be published in Physical Review D, arXiv: 2403.16723 [hep-th]

      巻: 2403.16723 ページ: 1-18

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution Generation of a Capped Black Hole2024

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      to be published in Physical Review D, arXiv: 2403.17796 [hep-th]

      巻: 2403.17796 ページ: 1-33

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Innermost stable circular orbits around a spinning black hole binary2024

    • 著者名/発表者名
      Eiki Kagohashi, Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      to be published in Physical Review D, 2403.18533 [gr-qc]

      巻: 2403.18533 ページ: 1-20

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Myers-Perry black holes with almost equal angular momenta in odd dimensions2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 号: 10 ページ: 166-166

    • DOI

      10.1007/jhep10(2023)166

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Existence conditions of nonsingular dyonic black holes in nonlinear electrodynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Ren Tsuda, Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      arXix: 2308.02146 [gr-qc]

      巻: 2308.02146 ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Causality of photon propagation under dominant energy condition in nonlinear electrodynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Tomizawa Shinya、Suzuki Ryotaku
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 12 ページ: 124072-124072

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.124072

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase and stability of black strings in Einstein-Gauss-Bonnet theory at large D2023

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2023 号: 2

    • DOI

      10.1007/jhep02(2023)101

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particle motions around regular black holes2023

    • 著者名/発表者名
      Isomura Kenshin、Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.084003

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acoustic black and white holes of potential flow in a tube2023

    • 著者名/発表者名
      Tsuda Ren、Tomizawa Shinya、Suzuki Ryotaku
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.104020

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stable bound orbits around static Einstein-Gauss-Bonnet black holes2022

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.124033

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Einstein-Gauss-Bonnet black strings at large α2022

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryotaku、Tomizawa Shinya
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2022 号: 9

    • DOI

      10.1007/jhep09(2022)135

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Black lens in a bubble of nothing2022

    • 著者名/発表者名
      Tomizawa Shinya、Suzuki Ryotaku
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.124029

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conversion of gravitational and electromagnetic waves without any external background fields2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Mishima, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      ArXiv.org [gr-qc]

      巻: 2202.12060 ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stable bound orbits in microstate geometries2022

    • 著者名/発表者名
      Shinya Tomizawa, Ryotaku Suzuki
    • 雑誌名

      ArXiv.org [hep-th], Phsical Review D

      巻: 2203.15185 ページ: 1-18

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotating black holes at large D in Einstein-Gauss-Bonnet theory2022

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      ArXiv.org [hep-th]

      巻: 2202.12649 ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lower bound for angular momenta of microstate geometries in five dimensions2021

    • 著者名/発表者名
      Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      Phsical Review D

      巻: 104 号: 8 ページ: 084022-084022

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.084022

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Squashed black holes at large D2021

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 号: 12 ページ: 194-194

    • DOI

      10.1007/jhep12(2021)194

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A Capped Black Hole in Five Dimensions2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      時空と重力
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 厳密解を用いた重力的波動現象における非線形効果の探求2024

    • 著者名/発表者名
      三島隆、富沢真也
    • 学会等名
      ブラックホール研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A capped black hole II : Non-uniqueness of spherical black holes2024

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓, 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A capped black hole I : Solution generation of spherical black holes2024

    • 著者名/発表者名
      富沢真也, 鈴木良拓
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 重力波・電磁波が伝播する円筒対称時空中の試験粒子の挙動2024

    • 著者名/発表者名
      三島隆, 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 位相検閲定理とブラックホールの非一意性2024

    • 著者名/発表者名
      富沢真也, 鈴木良拓
    • 学会等名
      茨大素粒子Mini Workshop
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of Myers-Perry black holes with almost equal angular momenta at large D2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      第24回特異点研究会 「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 指数型非線形電磁気理論における特異点のないブラックホール2023

    • 著者名/発表者名
      津田廉、鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      第24回特異点研究会 「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics of Myers-Perry black holes with almost equal angular momenta at large D2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Existence of nonsingular dyonic black holes in nonlinear electrodynamics2023

    • 著者名/発表者名
      津田廉、鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁場付Melvin宇宙上の重力波・電磁波間のモード転換現象の解析2023

    • 著者名/発表者名
      三島隆, 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Existence conditions of nonsingular dyonic black holes in nonlinear electrodynamics2023

    • 著者名/発表者名
      津田廉, 鈴木良拓, 富沢真也
    • 学会等名
      東京工業大学・茨城大学 素粒子論研究室合同合宿2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 位相検閲定理から予想される新しいブラックホールの厳密解2023

    • 著者名/発表者名
      富沢真也、鈴木良拓
    • 学会等名
      東京工業大学・茨城大学 素粒子論研究室合同合宿2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Conversion phenomena of gravitational and electromagnetic waves propagating through the Melvin magnetic universe2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Mishima, Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Static Equilibrium of Black Holes inside Expanding Bubble of Nothing2023

    • 著者名/発表者名
      Shinya Tomizawa, Ryotaku Suzuki, Takashi Mishima
    • 学会等名
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spherical black holes with nontrivial domain of outer communication in D=5 minimal supergravity2023

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Einstein-Gauss-Bonnet black holes at large D2023

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      6th International Conference on Holography, String Theory and Spacetime in Da Nang
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 流体ブラックホールの単純模型の提案2023

    • 著者名/発表者名
      津田廉, 富沢真也, 鈴木良拓
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Phase and stability of Einstein-Gauss-Bonnet black strings at large D2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓, 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Static Equilibrium of Black Holes inside Expanding Bubble of Nothing2023

    • 著者名/発表者名
      富沢真也, 鈴木良拓, 三島隆
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Melvinの磁場付宇宙を伝播する重力波・電磁波の振舞いについて2023

    • 著者名/発表者名
      三島隆, 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 特異点のないブラックホール周りの粒子や光の軌道2023

    • 著者名/発表者名
      磯村健心, 富沢真也, 鈴木良拓
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Stable bound orbits around static Einstein-Gauss-Bonnet black holes2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Rotating black holes at large D in Einstein-Gauss-Bonnet theory2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A Proposal for Simple Model of Acoustic Black Hole2022

    • 著者名/発表者名
      Ren Tsuda, Shinya Tomizawa Ryotaku Suzuki
    • 学会等名
      The 31st Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG31)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mode conversion phenomena of the Einstein-Maxwell system in the cylindrically symmetric spacetime by full nonlinearity2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Mishima, Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 31st Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG31)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotating black holes at large D in Einstein-Gauss-Bonnet theory2022

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki, Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 31st Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG31)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gauss-Bonnet black strings at large D2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、 富沢真也
    • 学会等名
      第23回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Particle motion around regular black holes2022

    • 著者名/発表者名
      富沢真也、 鈴木良拓、 磯村謙心
    • 学会等名
      第23回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 流体ブラックホールの単純模型の提案2022

    • 著者名/発表者名
      津田廉、 富沢真也、 鈴木良拓
    • 学会等名
      第23回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 円筒対称重力波・電磁波転換現象からの一つの予想2022

    • 著者名/発表者名
      三島隆、 富沢真也
    • 学会等名
      第23回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Squashed black holes at large D2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Einstein-Maxwell方程式系の新しい円筒対称波解の解析2021

    • 著者名/発表者名
      三島隆、 富沢真也
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Angular momenta in microstate geometries and black holes in five dimensions2021

    • 著者名/発表者名
      Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 30th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear behavior of new cylindrically symmetric waves of Einstein-Maxwell system2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Mishima、 Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 30th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Squashed black holes at large D2021

    • 著者名/発表者名
      Ryotaku Suzuki、 Shinya Tomizawa
    • 学会等名
      The 30th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Squashed black holes at large D2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木良拓、 富沢真也
    • 学会等名
      第22回「特異点と時空、および関連する物理」研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 円筒対称時空解を用いた電磁波重力波の転換現象2021

    • 著者名/発表者名
      三島隆、 富沢真也
    • 学会等名
      第22回「特異点と時空、および関連する物理」研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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