| 研究課題/領域番号 |
17K14297
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
加瀬 竜太郎 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 助教 (10756406)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 重力理論 / 宇宙論 / 暗黒エネルギー / インフレーション / ブラックホール / 中性子星 |
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| 研究実績の概要 |
1998年に宇宙の後期加速膨張が発見された．この未知の現象を説明しうる候補として，重力理論にベクトル場を導入して一般化したベクトル・テンソル理論がある．一般化の帰結としてベクトル場は重力と直接結合する可能性があり，一般的に重力理論は一般相対論から拡張されうる．本研究ではベクトル・テンソル理論に着目し，本年度は主に以下のような成果を得た：
(1) ベクトル・テンソル理論におけるコンパクト星の性質の解明
ブラックホールや，中性子星等のコンパクト星の連星系から放出された重力波を用いて重力理論の検証を行うためには，まずその理論におけるブラックホールや，中性子星等のコンパクト星の性質を調べる必要がある．そのため研究代表者はベクトル・テンソル理論におけるコンパクト星の性質を調べ，ベクトル場に星の内部圧力の変化を緩慢にする効果があることを示した．これによりコンパクト星の半径は一般相対論の場合と比べて大きくなり，結果として質量も大きくなりうることを数値的・解析的に明らかにした．更にまた，空間の高階微分を含むようなベクトル・テンソル理論に関してブラックホールの研究を行った．重力波の伝搬速度の観測的制限を満たす模型に関して非自明なブラックホール解が存在することを明らかにし，更に奇パリティ摂動に対する安定性を示した．これらの結果は将来的に重力波を用いてベクトル・テンソル理論を検証する際に重要な意味を持つ．
(2) スカラー・ベクトル・テンソル理論におけるgauge ready formulationと宇宙論的安定性の条件の導出
ベクトル場に加えてスカラー場も含めて重力理論を一般化した一般的なスカラー・ベクトル・テンソル理論に関して，研究代表者はゲージを一切固定していない宇宙論的摂動二次の作用と摂動方程式，及び安定性の条件を導いた．これらの結果は将来的に様々な宇宙論模型に適用でき，非常に有用なものである．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
「研究実績の概要」において説明した研究は，PHYSICAL REVIEW D誌とPHYSICS LETTERS B誌，及びJOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS誌に掲載された．また上記の研究以外にも，最新の観測データを用いたベクトル・テンソル理論に基づく宇宙論模型への観測的制限に関する研究，ベクトル・テンソル理論における縮退理論に基づいた安定な宇宙論解に関する研究，スカラー・ベクトル・テンソル理論におけるブラックホール解とその安定性に関する研究，及び関連分野の研究としてスカラー・テンソル理論における新たなスケーリング解の発見や，p-form fieldによる新たな非等方インフレーション解の発見，スカラー・テンソル理論に基づく暗黒エネルギー模型に関するレビューを行った．本年度は計13本の論文が出版され，前年度までの研究結果が土台となり順調に成果を上げることができた．以上のことから，研究計画は順調に進展していると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
ベクトル・テンソル理論，及びスカラー・ベクトル・テンソル理論におけるブラックホール解の安定性に関しては，現在までにパリティ奇の摂動に対する安定性までを明らかにした．今後は残るもう一つのタイプの摂動であるパリティ偶の摂動に関しても詳細に調べ上げ，偶奇両方の摂動に対して安定なブラックホール解の選別を行っていく．また，これまでの研究で得られた静的球対称時空における摂動方程式は，ブラックホールだけではなく中性子星にも応用できる．これを用いることで，中性子星連星からの重力波観測における可観測量が，ベクトル・テンソル理論においてどのように予言されるのかを調べることが可能となる．今後はまずこの点を主軸において研究を推進していく．更に，これまではベクトル・テンソル理論における静的なブラックホール解に着目していたが，実際の重力波観測を踏まえると今後はカー解のように角運動量を持ったブラックホール解へと拡張していく必要がある．これらの研究を通して，ブラックホールや，中性子星等のコンパクト星を用いて重力理論を検証することを目標として研究を推進していく．
また，ベクトル・テンソル理論に基づいた暗黒エネルギー模型はまだ部分的にしか調べられておらず，例えばスカラー・テンソル理論におけるghost condensateに対応する項や，物質場との直接結合項が存在した場合，これらの項を含む模型が宇宙論的背景時空でどのように振る舞うのかは明らかになっていない．今後は考えうる可能性を網羅的に調べ上げ，最新の観測データを用いて様々な模型を選別していく必要がある．
以上のように，小スケールと大スケール双方から模型を精査することにより，真に有効な理論模型の選別と構築を通して暗黒エネルギーの起源に迫ることを最終目標として今後の研究を推進していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は計13本の論文が出版され，非常に活発に研究活動を行うことができた一方で，そちらに大半の時間を割いた結果として各種研究会や国際会議等に出席する時間をあまりとることができなかった．翌年度は本年度に得た研究結果を元に，科研費を有効に活用して各種研究会や国際会議等に活発に参加し，研究発表や国内外の研究者との議論を通して新たな知見を得ることにより今後の新たな研究の方向性を模索する．
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