| 研究課題/領域番号 |
22K03611
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
伊形 尚久 学習院大学, 理学部, 助教 (40711487)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | ブラックホール / 一般相対論 / ダークマター / 近点シフト / 相対論 / 重力 / 宇宙物理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ブラックホールシャドウが観測されたことにより、ブラックホールと思われる中心天体の正体を明らかにすることが喫緊の課題となっている。しかしながら、理論側に目をやると、観測と相容れないブラックホールの概念を改善できる見通しは未だに立っておらず、観測を十分にサポートできていないのが現状である。現在の概念を受け入れてブラックホールである証拠を可能な限り確かなものにするための方法を突き詰めると、ブラックホールではない可能性を追求し続けて、それを否定し続けることが唯一の方法であるという結論に到達する。これを具体化するべく本研究では、ブラックホールを同定するための理論的な枠組みの構築を目的とした研究を行う。
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| 研究実績の概要 |
ブラックホールの周辺に物質場が分布する状況を想定して、アインシュタイン方程式を解いて静的な時空解を構成する方法を明らかにした。この方法は、これまでアインシュタインクラスターとして知られていた球状星団のモデルを構成する手法を、中心にブラックホールを含む時空に応用したものである。本研究では、この時空解に対して物質場が満たすべきエネルギー条件を要求して、時空計量(重力)が満たすべき条件を示した。これにより、解を物理的に妥当なクラスへと制限する条件を定量的に与えた。さらにこのエネルギー条件が満たされる範囲のもとで、いくつかの典型的な密度分布を例にとって、銀河中心ブラックホールとダークマターを統一的に記述するモデルを構成した。さらに、このブラックホール時空との比較の対象となる擬似ブラックホールの候補として、高密度コア解を選定した。これについてもエネルギー条件を要求して、物理的に妥当な解のパラメタ領域を明らかにした。その範囲の中で、解に含まれるパラメタと質量やコア半径などの物理量との対応関係を明らかにし、密度プロファイルのパラメタ依存性を解析して、この解が記述する高密度コアの性質を明らかにした。
これらの時空モデルに基づいて、ブラックホール周辺のダークマターの中で粒子が楕円軌道を描くときに着目し、離心率が小さい場合において近点シフトを解析的に与えた。これにより近点シフト角が、相対論的重力の効果による順方向シフトと広がった物質場の効果による逆方向シフトの競合関係で決まることを定量的に示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画で予定していたブラックホールとダークマター分布を統一的に記述するモデルの構成と解析、およびその比較の対象としての擬似ブラックホール候補である高密度コアモデルの選定と解析が順調に進められている。またそれらを背景時空とした近点シフト角の変位の定量的な評価といった成果を得ることができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究成果で得られたブラックホールと物質場からなる背景時空および中心領域が高密度コアとなる背景時空をさらに活用して、シャドウをはじめとする光子のダイナミクスの研究を予定通り遂行する。さらに、今年度の背景時空の構成法を発展させ、より物理的に自然なブラックホールと物質場の混成系を記述する解の構成を追求する。
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