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修正重力理論におけるコンパクト天体からの重力波

公募研究

研究領域重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
研究課題/領域番号 15H00777
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

須山 輝明  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20456198)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードブラックホール / 重力波 / 修正重力理論 / 中性子星 / 宇宙物理
研究実績の概要

昨年度はLIGOによる重力波の初の直接検出がなされ、重力波研究の状況が一変した。特に、重いブラックホールの連星合体という未知の現象が明らかにされ、その起源の解明が重要なテーマとして躍り出た。この歴史的発見に際してまずやるべきことは、可能性として考えられるシナリオを提唱することが急務だという立場に立ち、検出された重力波イベントGW150914は、原始ブラックホール連星の合体で生じたものであるというシナリオを提唱した。90年代に中村らによって指摘された連星形成のメカニズムに基づき、30倍太陽質量の原始ブラックホールの連星形成率及び宇宙年齢で連星が合体するイベント率を評価した。そして、原始ブラックホールの存在量がダークマターの0.1%程度であれば、LIGOによって見積もられたイベント率が説明できることを示した。この研究によって、同時に全ダークマターとしての30倍太陽質量の原始ブラックホールの可能性が、重力波の観測だけから初めて棄却された。この研究成果は、多くの新聞や科学雑誌に取り上げられ、宇宙物理サイエンスの社会への普及にも貢献した。

この緊急性を要する研究に加え、従来のコンパクト天体における修正重力理論の研究も行なった。具体的には、原子核密度ほど以上の物質密度ではスカラー場の期待値が変化し、それに伴って重力定数も減少する割と単純なスカラー・テンソル理論において、修正されたTOV方程式を解くことで、中性子星の質量・半径関係が一般相対論の予言からどれだけずれるかを求めた。特に、最近の観測で存在が明らかになった2倍太陽質量の中性子星が実現できるパラメータ領域の探索を、様々な核物質の状態方程式に対して行なった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 5件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 11件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] 国立台湾大学(台湾)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Linear perturbation analysis of hairy black holes in shift-symmetric Horndeski theories: odd-parity perturbations2017

    • 著者名/発表者名
      Kazufumi Takahashi, Teruaki Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 号: 2 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1103/physrevd.95.024034

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Primordial black hole scenario for the gravitational-wave event GW1509142016

    • 著者名/発表者名
      Misao Sasaki, Teruaki Suyama, Takahiro Tanaka, Shuichiro Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 6 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.061101

    • NAID

      120005825908

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Healthy degenerate theories with higher derivatives2016

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi, Karim Noui, Teruaki Suyama, Masahide Yamaguchi, Lavid Langlois
    • 雑誌名

      JCAP

      巻: 1607 号: 07 ページ: 1-29

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2016/07/033

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Primordial black holes as a novel probe of primordial gravitational waves II: detailed analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Nakama, Teruaki Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 号: 4 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1103/physrevd.94.043507

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fundamental theorem on gauge fixing at the action level2016

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi, Teruaki Suyama, Kazufumi Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 号: 12 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1103/physrevd.94.124021

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supermassive black holes formed by direct collapse of inflationary perturbations2016

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Nakama, Teruaki Suyama, Jun'ichi Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 号: 10 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1103/physrevd.94.103522

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Instability of hairy black holes in shift-symmetric Horndeski theories2016

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Ogawa, Tsutomu Kobayashi, Teruaki Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 93 号: 6 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevd.93.064078

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Universal instability of hairy black holes in Lovelock-Galileon theories in D dimensions2016

    • 著者名/発表者名
      Kazufumi Takahashi, Teruaki Suyama, Tsutomu Kobayashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 93 号: 6 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevd.93.064068

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Large tensor mode, field range bound and consistency in generalized G-inflation2015

    • 著者名/発表者名
      Taro Kunimitsu, Teruaki Suyama, Yuki Watanabe, Jun'ichi Yokoyama
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 1508 号: 08 ページ: 1-27

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2015/08/044

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Primordial black holes as a novel probe of primordial gravitational waves2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Nakama, Teruaki Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 92 号: 12 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevd.92.121304

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spontaneous scalarization-induced dark matter and variation of the gravitational constant2015

    • 著者名/発表者名
      Pisin Chen, Teruaki Suyama, Jun'ichi Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Reivew D

      巻: 92 号: 12 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1103/physrevd.92.124016

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] LIGOと原始ブラックホールからの重力波2017

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Primordial Black Hole Scenario for the Gravitational-Wave Event GW1509142017

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Workshop on primordial black hole
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial Black Hole Scenario for the Gravitational-Wave Event GW1509142016

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Symposium on New development in astrophysics through multimessenger observations of gravitational wave sources
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-12-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Primordial Black Hole Scenario for the Gravitational-Wave Event GW1509142016

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Spanish-Portuguese relativity meeting
    • 発表場所
      リスボン(ポルトガル)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自発的スカラー化を伴うスカラー・テンソル理論と暗黒物質2016

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Probing primordial perturbation on small scales2016

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Mini-workshop on inflation
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-03-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neutron stars in scalar-tensor theories2016

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      4th Annual Symposium of the Innovative Area on Multi-messenger Study of Gravitational Wave Sources
    • 発表場所
      東京大学(千葉県柏市)
    • 年月日
      2016-02-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自発的スカラー化、修正重力、暗黒物質2016

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      新学術領域「重力波天体」A05合宿
    • 発表場所
      KKR伊豆長岡千歳荘(静岡県伊豆の国市)
    • 年月日
      2016-01-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 原始ブラックホールと重力波2016

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      秋の学校「理論と観測から迫るダークマターの正体とその分布」
    • 発表場所
      国立天文台(東京都三鷹市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Primordial black holes as a novel probe of primordial gravitational waves2015

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Second LeCosPA symposium
    • 発表場所
      台北(中華民国)
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spontaneous scalarization-induced dark matter and variation of the gravitational constant2015

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      The 25th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-12-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spontaneous scalarization : asymmetron as dark matter2015

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Exploring Theories of Modified Gravity
    • 発表場所
      シカゴ(アメリカ合衆国)
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Generation of sparse and localized curvature perturbation from inflation2015

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      COSMO15
    • 発表場所
      ワルシャワ(ポーランド共和国)
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-03-01  

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