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2022 年度 実施状況報告書

様々な相対論的重力現象解析に基づく重力の本質理解に向けて

研究課題

研究課題/領域番号 19K03857
研究機関早稲田大学

研究代表者

前田 恵一  早稲田大学, 理工学術院, 名誉教授 (70199610)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード一般相対性理論 / 重力波 / 修正重力理論 / ダークエネルギー / 時空特異点
研究実績の概要

重力波の直接観測により新しい天文学として誕生した重力波天文学の重要な課題は、観測可能な重力波源の詳細な解析で、現在発見されている連星系合体以外の重力波源はさらに新たな情報をもたらすと期待される。本研究では、そのような新しい重力波源の1つとして注目されている階層的三体系のダイナミクスおよびその系から放出される重力波について解析を行い、その観測可能性を明らかにした。またその系における相対論的効果の影響についても詳細に考察した。階層的三体系のダイナミクスにおいては古在・Lidov機構が重要な役割をする。本年度は、特に階層的三体系が実現される可能性の高い超巨大ブラックホール近くの連星系について解析を行った。まずその研究遂行のための新しい定式化を行い、重力の非常に強いISCO(最内安定円軌道)近傍を運動する連星においても古在・Lidov振動が起こることを示した。連星が十分コンパクトな場合は規則正しい古在・Lidov振動を示すが、結合が少し弱い連星の場合、カオス的な振る舞いを示し、離心率の最大振幅や振動周期が不規則になる。また軌道傾斜角が90°に近い場合には軌道面反転も引き起こす場合があることを明らかにした。これらの系からの重力波解析は重力波天文学に重要な情報を与えると期待される。
一方、修正重力理論に関する研究においては、近年注目されている自由度2の修正重力理論に関して研究を行った。cuscuton重力理論およびその拡張理論に関して宇宙論的観測からの制限を与えた。またもう一つの拡張理論であるVCDM理論に関して、他の理論との比較および重力崩壊からのブラックホール形成過程について明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2022年度は、研究課題遂行に重要となる研究所(京都大学基礎物理学研究所・ニールスボーア研究所(コペンハーゲン)・アインシュタイン研究所(ポツダム)・API(パリ)・CENTRA/IST(リスボン))に研究出張を行い、関連分野の多くの研究者との議論を通してこれまで進捗が遅れていた研究を推進することができ、十分の進展が見られ、かなりの成果も挙げられている。

今後の研究の推進方策

研究手段が確立され後は遂行するだけで完了という重要課題が残されており、それを仕上げることで本研究をまとめる予定である。

次年度使用額が生じた理由

残された重要な研究課題を完了するため。また2023年11月の名古屋大学の研究集会(JGRG32)に参加する予定。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] IndianInstitute of Science, Bangalore(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      IndianInstitute of Science, Bangalore
  • [国際共同研究] Mahidol University(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      Mahidol University
  • [雑誌論文] Gravitational collapse and formation of a black hole in a type II minimally modified gravity theory2023

    • 著者名/発表者名
      De Felice Antonio、Maeda Kei-ichi、Mukohyama Shinji、Pookkillath Masroor C.
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2023 ページ: 030~030

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/03/030

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of Binary System around Supermassive Black Hole2023

    • 著者名/発表者名
      Kei-ichi Maeda, Priti Gupta, Hirotada Okawa
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: (to be published) ページ: **

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cosmological dynamics of Cuscuta Galileon gravity2023

    • 著者名/発表者名
      Sirachak Panpanich, Kei-ichi Maeda,
    • 雑誌名

      European Physical Journal C

      巻: 83 ページ: 240

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-023-11356-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A possible solution to the helium anomaly of EMPRESS VIII by cuscuton gravity theory2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Kohri, Kei-ichi Maeda
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 9 ページ: 091E01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac114

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison of two theories of Type-IIa minimally modified gravity2022

    • 著者名/発表者名
      Antonio De Felice, Kei-ichi Maeda, Shinji Mukohyama, Masroor C. Pookkillath
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 ページ: 2

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.024028

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cuscuta-Galileon cosmology: Dynamics, gravitational constants, and the Hubble constant2022

    • 著者名/発表者名
      Kei-ichi Maeda, Sirachak Panpanich
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 ページ: 104022

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.104022

    • 査読あり
  • [図書] 演習形式で学ぶ特殊相対性理論2022

    • 著者名/発表者名
      前田恵一・田辺誠
    • 総ページ数
      168
    • 出版者
      サイエンス社
    • ISBN
      978-4-7819-1541-8

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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