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修正重力理論におけるブラックホール摂動と重力波

公募研究

研究領域重力波物理学・天文学:創世記
研究課題/領域番号 20H04746
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
研究機関立教大学

研究代表者

木村 匡志  立教大学, 理学部, 助教 (00844763)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021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)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードブラックホール / 重力波 / 重力摂動 / 修正重力 / 修正重力理論
研究開始時の研究の概要

本研究では,一般相対性理論を超える理論である修正重力理論におけるブラックホールに着目し,これに対する重力摂動および重力波を考え,一般相対性理論からのズレを検出することを目的とした理論研究を行う.特に,重力波実験を意識し,一般相対性理論が破れていた場合にどのような特徴的な重力波が現れるかを予言すること,逆に観測から理論へ制限をつける際になるべく広い範囲の理論へ制限を付けられるように一般論を構築すること,を目標とする.仮に一般相対性理論の破れが見えたならば,それは重力の量子論的な効果などの未知の物理法則の情報を含むと期待され,今後の物理学の発展に大きく寄与することになる.

研究実績の概要

2021年度の研究成果は次の通りである。
・Schwarzschildブラックホールへ摂動的に物質場の影響を取り入れた場合の質量や角運動量の変化について調べ、修正重力の場合にも適用可能な一般的なフォーマリズムを構成し、応用としてBlandford-Znajek機構のバックリアクションについて議論した[Prog.Theor.Exp.Phys.2021,093E03]。 ・重力波観測から重力理論への制限を付ける際にブラックホールの準固有振動が重要であるが、これについての最近の進展に関するレビューを行った[Universe 2021, 7(12), 476]。 ・極限ブラックホール近傍における波動現象を理解するために、球対称極限ブラックホールまわりのAretakis不安定性について、幾何学的な考察および、不安定性と関連したAretakis定数の性質について議論した[Phys.Rev.D.105.064062,2022]。 ・近年、ブラックホールの影が観測され、このような観点からもブラックホール近傍における重力理論の検証が可能となってきているが、本研究では、ブラックホールの質量が時間変化している場合について、解析的、数値的な両方の観点から議論し、観測量としてのブラックホールの影の時間発展について議論を行った[arXiv:2202.00201]。 ・修正重力理論の一種である縮退高次スカラーテンソル理論(DHOST理論)の球対称摂動を議論した。特に、摂動方程式をどのように解くべきかについて物理的な観点から提案を行い、その時間発展を数値計算の手法で議論することで、摂動的な安定性を示した[arXiv:2204.05054]。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Aretakis constants and instability in general spherically symmetric extremal black hole spacetimes: Higher multipole modes, late-time tails, and geometrical meanings2022

    • 著者名/発表者名
      Katagiri Takuya、Kimura Masashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.064062

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical photon sphere and time evolving shadow around black holes with temporal accretion2022

    • 著者名/発表者名
      Yasutaka Koga、Nobuyuki Asaka、Masashi Kimura、Kazumasa Okabayashi
    • 雑誌名

      Physical Review D(掲載決定通知済)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Backreaction of mass and angular momentum accretion on black holes: General formulation of metric perturbations and application to the Blandford-Znajek process2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Masashi、Harada Tomohiro、Naruko Atsushi、Toma Kenji
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 号: 9 ページ: 1-26

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab101

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spectral Problems for Quasinormal Modes of Black Holes2021

    • 著者名/発表者名
      Hatsuda Yasuyuki、Kimura Masashi
    • 雑誌名

      Universe

      巻: 7 号: 12 ページ: 476-476

    • DOI

      10.3390/universe7120476

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revisiting the Aretakis constants and instability in two-dimensional anti-de Sitter spacetimes2021

    • 著者名/発表者名
      Katagiri Takuya、Kimura Masashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.064011

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semi-analytic expressions for quasinormal modes of slowly rotating Kerr black holes2020

    • 著者名/発表者名
      Hatsuda Yasuyuki、Kimura Masashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 4 ページ: 4-4

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.044032

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Towards rotating noncircular black holes in string-inspired gravity2020

    • 著者名/発表者名
      Nakashi Keisuke、Kimura Masashi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.084021

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Recursion relations in parametrized black hole quasinormal ringdown formalism2022

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kimura
    • 学会等名
      GW Genesis - Group A Area Workshop 2022 and Winter Camp
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Blandford-Znajekプロセスの計量へのバックリアクション2022

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      ブラックホール磁気圏研究会2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Mass Ladder Operatorと関連の話題2022

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      第4回ブラックホール研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Parametrized Black Hole Quasinormal Ringdown2021

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kimura
    • 学会等名
      The 62nd Workshop on Gravity and Cosmology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Backreaction of the Mass and Angular Momentum Accretion on Black Holes: General Formulation and Application to the Blandford-Znajek Process2021

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kimura
    • 学会等名
      gw-genesis zoom seminar talk
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Metric Backreaction of the Blandford-Znajek Process2021

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kimura
    • 学会等名
      AAPPS-DACG Workshop 2021 on Astrophysics, Cosmology and Gravitation
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Metric Backreaction of the Blandford-Znajek Process2021

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kimura
    • 学会等名
      JGRG30
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Blandford-Znajekプロセスの計量へのバックリアクション2021

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      第22回特異点研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Blandford-Znajekプロセスの計量へのバックリアクション2021

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Parametrized black hole quasinormal ringdown2021

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      The Fourth annual symposium of the innovative area "Gravitational Wave Physics and Astronomy: Genesis"
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 定常降着がある場合のブラックホール時空2021

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Parametrized black hole quasinormal ringdown2021

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      The 4th workshop on "Mathematics and Physics in General Relativity"
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Semi-analytic expression of quasinormal modes for slowly rotating Kerr black holes2020

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Parametrized black hole quasinormal ringdown2020

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      AAPPS-DACG Workshop on Astrophysics, Cosmology and Gravitation
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parametrized black hole quasinormal ringdown2020

    • 著者名/発表者名
      木村匡志
    • 学会等名
      online JGRG workshop 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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