初期宇宙物質優勢期における原始ブラックホール形成

• 研究課題/領域番号: 26400282
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 原田 知広 立教大学, 理学部, 教授 (60402773)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 原始ブラックホール / 初期宇宙 / 一般相対論 / インフレーション理論 / ブラックホール / 重力崩壊 / 膨張宇宙 / インフレーション宇宙論 / 宇宙論的揺らぎ / 原始密度ゆらぎ

研究成果の概要

物質優勢期における原始ブラックホール形成では、非球対称性の効果が最も重要である。本研究の主な成果としては、①圧力のない流体の非球対称な動力学を記述するアインシュタイン方程式の厳密な時空解によって原始ブラックホール形成を記述した。②重力崩壊の非等方性による抑制を考慮してブラックホール生成率を定量的に評価した。③重力崩壊の非等方性と角運動量の両方の効果による抑制を考慮して原始ブラックホールの生成率と生成される原始ブラックホールのスピン分布を定量的に評価した。これらの成果により、物質優勢期の原始ブラックホールの定量的議論をこれまでよりずっと精密にかつ高い信頼性をもって行うことができるようになった。

研究成果

• [雑誌論文] Energy emission from high curvature region and its backreation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kokubu Takafumi, Jhingan Sanjay, Harada Tomohiro
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete conformal classification of the Friedmann-Lematre-Robertson-Walker solutions with a linear equation of state (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada Tomohiro、Carr B J、Igata Takahisa
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 35 号: 10 ページ: 105011-105011
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aab99f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On the stability of a superspinar (2018)
  • 著者名/発表者名: Nen-ichi Nakao, Pankaj S. Joshi, Jun-Qi Guo, Prashant Kocherlakota, Hideyuki Tagoshi, Tomohiro Harada, Mandar Patil, Andrzej Krolak
  • 雑誌名: Physics Letter B 巻: 780 ページ: 410-413
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.03.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spins of primordial black holes formed in the matter-dominated phase of the Universe (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada, Chul-Moon Yoo, Kazunori Kohri, Ken-ichi Nakao
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 96 号: 8 ページ: 083517-083517
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.083517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Escape probability of the super-Penrose process (2017)
  • 著者名/発表者名: Kota Ogasawara, Tomohiro Harada, Umpei Miyamoto, Takahisa Igata, Mandar Patil
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 95 (2017) no.12, 124019 号: 12 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.124019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3D Simulation of Spindle Gravitational Collapse of a Collisionless Particle System (2017)
  • 著者名/発表者名: Chul-Moon Yoo, Tomohiro Harada, Hirotada Okawa
  • 雑誌名: Classical an Quantum Gravity 巻: 34 号: 10 ページ: 105010-105010
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa6ad5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light curves of light rays passing through a wormhole (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tsukamoto, Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Phys.Rev. 巻: D95 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.024030
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Primordial black hole formation in the matter-dominated phase of the Universe (2016)
  • 著者名/発表者名: T.~Harada, C.~M.~Yoo, K.~Kohri, K.~i.~Nakao and S.~Jhingan
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 833 号: 1 ページ: 61-61
  • DOI: 10.3847/1538-4357/833/1/61
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-similar motion of a Nambu-Goto string (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahisa Igata, Tsuyoshi Houri, Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 6 ページ: 064029-064029
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.064029
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spherical and nonspherical models of primordial black hole formation: exact solutions (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada and Sanjay Jhingan
  • 雑誌名: Prog.Theor.Exp.Phys. 巻: 2016 号: 9 ページ: 093E04-093E04
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw123
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correspondence between sonic points of ideal photon gas accretion and photon spheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Koga and Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: D94 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.044053
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Consistent analytic approach to the efficiency of collisional Penrose process (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada, Kota Ogasawara, Umpei Miyamoto
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 2 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.024038
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vacuum excitation by sudden appearance and disappearance of a Dirichlet wall in a cavity (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada, Shunichiro Kinoshita, Umpei Miyamoto
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 2 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.025006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Infinite efficiency of the collisional Penrose process (2016)
  • 著者名/発表者名: Mandar Patil, Tomohiro Harada, Ken-ichi Nakao, Pankaj S. Joshi, Masashi Kimura
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.104015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High efficiency of collisional Penrose process requires heavy particle production (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ogasawara, T. Harada, and U. Miyamoto
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 4 ページ: 044054-044054
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.044054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Does the Gauss- Bonnet term stabilize wormholes? (2015)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Kokubu, Hideki Maeda and Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Class. Quant. Grav. 巻: 32 号: 23 ページ: 235021-235021
  • DOI: 10.1088/0264-9381/32/23/235021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Negative tension branes as sta- ble thin shell wormholes (2015)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Kokubu and Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Class. Quant. Grav. 巻: 32 号: 20 ページ: 205001-205001
  • DOI: 10.1088/0264-9381/32/20/205001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Timescale for trans-Planckian collision in Kerr spacetime (2015)
  • 著者名/発表者名: Mandar Patil, Pankaj S. Joshi, Ken-ichi Nakao, Masashi Kimura, Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 110 号: 3 ページ: 30004-30004
  • DOI: 10.1209/0295-5075/110/30004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological long-wavelength solutions and primordial black hole formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada, Chul-Moon Yoo, Tomohiro Nakama and Yasutaka Koga
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 91(8) 号: 8 ページ: 1-25
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.084057
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The separate universe problem: 40 years on (2015)
  • 著者名/発表者名: B. J. Carr and Tomohiro Harada
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 91(8) 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.084048
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How small can an over-spinning body in general relativity? (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Nakao, Masashi Kimura, Tomohiro Harada, Mandar Patil, Pankaj S. Joshi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 90 号: 12 ページ: 124079-124079
  • DOI: 10.1103/physrevd.90.124079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Black holes as particle accelerators: a brief review (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada and Masashi Kimura
  • 雑誌名: Class. Quant. Grav. 巻: 31 号: 24 ページ: 243001-243001
  • DOI: 10.1088/0264-9381/31/24/243001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Primordial black holes formed in the matter-dominated era (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: International Workshop "Gravity and Cosmology 2018"
  • 国際学会
• [学会発表] FLRW解の共形構造の完全分類：線形状態方程式の場合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、Bernard J. Carr、伊形尚久
  • 学会等名: 日本物理学会2018年年次大会
• [学会発表] 原始ブラックホールについて (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: ブラックホール磁気圏研究会2018
• [学会発表] Spins of primordial black holes formed in the matter-dominated era (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: International Symposium on Cosmology and Particle Astrophysics "CosPA 2017"
  • 国際学会
• [学会発表] Spins of primordial black holes formed in the matter-dominated era (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: The 27th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of primordial black holes from primordial fluctuations (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: Focus Week on Primordial Black Holes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spins of primordial black holes formed in the matter-dominated phase of the Universe (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: Workshop on "Gravitational Dynamics and Black Holes"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 物質優勢期における原始ブラックホール形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、柳哲文 、郡和範、中尾憲一、Sanjay Jhingan
  • 学会等名: 日本物理学会2017年年次大会
• [学会発表] FLRW解について (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: 第19回特異点研究会
• [学会発表] 原始ブラックホールの形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: 第30回理論懇シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 物質優勢期における原始ブラックホール形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、柳哲文、郡和範、 中尾憲一、Sanjay Jhingan
  • 学会等名: 日本物理学会2017年年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] 原始ブラックホール形成と箍予想 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: 第18回特異点研究会
  • 発表場所: 立教大学（東京都豊島区）
  • 年月日: 2016-12-27
• [学会発表] Primordial black hole formation in a matter-dominated universe (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: The 26th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] Correspondence between sonic points of ideal photon gas accretion and photon spheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: the 21st International Meeting on General Relativity and Gravitation
  • 発表場所: Columbia University （アメリカ合州国ニューヨーク市）
  • 年月日: 2016-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] 原始ブラックホールの非球対称形成モデル：厳密解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、Sanjay Jhingan
  • 学会等名: 日本物理学会2016年年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] ブラックホール周辺：衝突Penrose過程・光子球／音速点対応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: ブラックホール磁気圏研究会
  • 発表場所: ホテルマウントレースイ（北海道夕張市）
  • 年月日: 2016-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] PBHの非球対称形成モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: 第17回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
  • 発表場所: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] Can an over-spinning Kerr geometry be the source of ultra-high energy cosmic rays and neutrinos? (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広
  • 学会等名: 第17回特異点研究会「特異点と時空、および関連する物理」
  • 発表場所: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 楕円体の重力崩壊のブラックホール形成条件 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、Sanjay Jhingan、郡 和範、中尾憲一、柳哲文
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
• [学会発表] Szekeres解の宇宙物理学への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田知広、Sanjay Jhingan
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Primordial black hole formation from cosmological fluctuations (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: Hot Topics in General Relativity and Gravitation 2
  • 発表場所: Quy Nhon, Vietnam
  • 年月日: 2015-08-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High energy particle collision and collisional Penrose process near a Kerr black hole (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: One Hundred Years of Strong Gravity
  • 発表場所: Instituto Superior Tecnico in Lisbon, Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2015-06-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宇宙論的非線形ゆらぎと原始ブラックホール形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田知広（立教大）、柳哲文（名大）、中間智弘（東大）、古賀恭敬（立教大）
  • 学会等名: 日本物理学会2015年年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] Black holes as particle accelerators: a brief review (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: The 24th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • 発表場所: 東京大学Kavli IPMU（千葉県柏市）
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-14
• [学会発表] 漸近的準一様解について (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田知広（立教大）、柳哲文（名大）
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-21
• [学会発表] Threshold of primordial black hole formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Harada
  • 学会等名: The 15th Canadian Conference on General Relativity and Relativistic Astrophysics
  • 発表場所: ウィニペグ（カナダ）
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [備考] 原始ブラックホールについて
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/harada/pbh_kaken/index.html
• [備考] 原始ブラックホールについて
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/harada/kaken_pbh/index.html