2019 年度研究成果報告書

ブラックホール時空におけるスピン粒子の軌道変化の研究

研究課題

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研究課題/領域番号	16K05356
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	九州大学
研究代表者	佐合紀親九州大学, 基幹教育院, 助教 (50540291)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード	ブラックホール摂動法 / 重力波 / 重力波輻射の反作用 / 自己力
研究成果の概要	本研究では、カーブラックホール時空中を運動するスピン粒子から放出される重力波とその軌道への影響を評価した。赤道面円軌道で中心ブラックホールと粒子のスピンの向きが揃っている場合に、重力波によるエネルギー放出量をポストニュートン6次精度まで導出した。その結果をもとに、軌道位相のスピンによる補正を評価した。さらに、重力波の計算を、赤道面に対して軌道面及び粒子スピンが少し傾いている場合に拡張した。重力波振幅とエネルギー放出量に対するポストニュートン公式を4次精度まで導出し、スピン-軌道相互作用が重力波の変調と軌道の永年発展に及ぼす影響について評価した。
自由記述の分野	重力波物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究では、相対論的連星を扱う手法としてブラックホール摂動法を採用しており、相補的な関係にあるポストニュートン法や数値相対論により得られる成果と組み合わせることで、重力波データ解析で使用する理論波形を効率良く計算することが可能になる。連星ブラックホールの質量やスピンの精密な測定は、一般相対性理論を含む重力理論の検証にもつながる。近年、暗黒エネルギー問題等の重力の諸問題を解決するために様々な修正重力理論が提案されているなか、本研究の成果は重力理論の探求に貢献するものと考える。