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恒星質量原始ブラックホールの検証に向けた理論研究

公募研究

研究領域なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
研究課題/領域番号 18H04338
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
研究機関東京工業大学

研究代表者

須山 輝明  東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018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 / 重力波 / 原始密度揺らぎ
研究実績の概要

令和元年度は、当研究テーマに沿って以下の成果を達成することができた。一つ目は、原始ブラックホールの素である原始密度揺らぎの統計性と、原始ブラックホールの空間分布の関係性を明らかにしたことである。先行研究においては、原始ブラックホールが大スケールにおいてクラスター状に分布するのは、ある論文では原始密度揺らぎがガウス統計に従う場合であるという主張がなされたり、別の論文では原始密度ゆらぎの局所型3点相関関数が非ゼロであれば必要条件であるという主張がなされたりと、互いに矛盾する結果が報告されるような混沌とした状況であった。本研究では、これらの指摘は正しくなく、正確には局所型4点相関関数が原始ブラックホールのクラスター分布を決めることを明らかにした。原始ブラックホールのクラスター分布を決める量が何かについては、最近研究者コミュニティーの間でも論争が続いていたが、本研究の結果はこの論争に決着をつけたものだと言える。三つ目は、原始密度揺らぎから原始ブラックホールの質量関数を計算する新しい解析手法を提案したことである。これまで、Press-Schechter法とピーク法の2つの質量関数を計算する手法が知られているが、どちらの手法にも概念的なレベルで問題点が存在した。この問題点を克服する手法を提案したことがこの研究の主要な成果である。これにより、与えられた原始密度揺らぎから、質量関数を正しく計算する道具立てが整えられたことになり、重力波の観測から原始ブラックホールの観点で原始密度揺らぎを制限する方法がより強固となった。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 18件、 招待講演 15件)

  • [国際共同研究] ルーバンカトリック大学(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] A novel formulation of the primordial black hole mass function2020

    • 著者名/発表者名
      Suyama Teruaki、Yokoyama Shuichiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 2 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa011

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Large mass hierarchy from a small nonminimal coupling2019

    • 著者名/発表者名
      Ringeval Christophe、Suyama Teruaki、Yamaguchi Masahide
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 号: 12 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1103/physrevd.99.123524

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Clustering of primordial black holes with non-Gaussian initial fluctuations2019

    • 著者名/発表者名
      Suyama Teruaki、Yokoyama Shuichiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2019 号: 10 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz105

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation threshold of rotating primordial black holes2019

    • 著者名/発表者名
      He Minxi、Suyama Teruaki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 号: 6 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/physrevd.100.063520

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ghost-free theories with arbitrary higher-order time derivatives2018

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi, Teruaki Suyama, Masahide Yamaguchi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 08 号: 8 ページ: 1-29

    • DOI

      10.1007/jhep08(2018)133

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Probing primordial perturbations from inflation2020

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      International Conference on the Emerging Issues in Cosmology and Particle Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computations of quantities characterizing PBHs formed from primordial perturbations2020

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Cosmic acceleration
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hidden universality in the merger rate distribution in the primordial black hole scenario2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Mini workshop on Primordial Black Holes as Dark Matter, or not
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Merger rate of primordial black hole binaries2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      The Dark Side of Black Holes
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Testing PBHs by gravitational-wave observations2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Spring workshop on gravity and cosmology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A large mass hierarchy from a small nonminimal coupling2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      The third NRF-JSPS workshop in particle physics, cosmology, and gravitation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial black holes and gravitational wave astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Summer School on Gravitational Wave Astronomy
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 原始ブラックホールは暗黒物質を説明できるか?2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      2019年度 天文・天体物理若手夏の学校
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Clustering of primordial black holes with non-Gaussian initial fluctuations2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      15th Recontres du Vietnam, Cosmology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 原始ブラックホール連星と重力波イベント2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Clustering of primordial black holes with non-Gaussian initial fluctuations2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      The 29th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Clustering of primordial black holes with non-Gaussian initial fluctuations2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      Focus week on primordial black holes
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A review on primordial black holes2019

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      9th International conference on gravitation and cosmology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Probing ultralight scalar field dark matter with GW interferometers2019

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      The 2nd Korea-Japan bilateral workshop on String Axion Cosmology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial black holes - perspectives in gravitaitonal wave astronomy-2019

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      FAPESP-JSPS Workshop on dark energy, dark matter, and galaxies
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial black holes and gravitational waves2019

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      International KEK-Cosmo and APCosPA Winter School 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Probing ultralight scalar field dark matter with GW interferometers2019

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Accelerating Universe in the Dark
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spontaneous scalarization and heavy neutron stars2018

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Marcel Grossmann Meeting 15
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ghost free theories of point particles with higher time derivatives2018

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      The first NRF-JSPS workshop in particle physics, cosmology, and gravitation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Testing a primordial black hole hypothesis by merger distribution in mass plane2018

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Essential next steps for gravity and cosmology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ループ宇宙ひもからの背景重力波2018

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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