| 研究課題/領域番号 |
20K14471
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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, 講師 (10756406)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 暗黒エネルギー / 拡張重力理論 / 中性子星 / ブラックホール |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は暗黒エネルギーの起源解明という物理学における今世紀最大の課題の一つの解決を目指し，大スケールと小スケール双方から一般相対論を内包する拡張重力理論の検証を行うものである．前年度は主に宇宙論的な大スケールにおける研究を行ったのに対し，今年度は中性子星やブラックホールのようなコンパクト天体といった小スケールでの研究を主軸に据え，拡張重力理論に基づく中性子星解のゲージに依存しない摂動論に関する研究を行った．具体的には，一般相対論にスカラー自由度を追加することで拡張された重力理論であるHorndeski理論に物質場としての完全流体を導入して静的球対称時空周りでのゲージを固定しない状態での摂動論を展開する．そして，摂動量に関する二次の作用と摂動方程式とを導き，これを用いてテンソル自由度，スカラー自由度，そして物質場のゴースト不安定性を避ける条件や伝搬速度の一般的な表式を求めた．本研究におけるゲージに依存しない手法に基づくと，先行研究のようにゲージを最初から固定している場合には隠されている拘束条件を得ることができる．これらを用いることで，先行研究における伝搬速度の導出方法に関する問題点を明らかにし，正しい伝搬速度の表式を導出した．なお，本研究で得られた伝搬速度の標識や安定性の条件は，物質場を消去することによりブラックホールにも容易に適用可能である．また，摂動方程式を適切な条件下で解くことにより，重力波と関連した中性子星の潮汐変形率や連星ブラックホール合体後に放出される準固有振動を求めることができる．先行研究では様々にゲージを固定した上で上記の研究が行われている一方，本研究で得られた摂動方程式はゲージが未固定であるという利点があり，理論模型や物理現象を扱いやすいように後から適切なゲージを選択可能である．次年度以降は本研究で得られた結果を応用し，拡張重力理論の検証を推し進める．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「研究実績の概要」において説明した研究はPHYSICAL REVIEW D誌に掲載された．また，この研究以外にもスカラーテンソル理論に基づく中性子星の冷却現象に関する研究がProgress of Theoretical and Experimental Physics誌にて掲載された．更に，物質場と暗黒エネルギーとが一般的に結合した理論における遮蔽機構に関する研究を行い，PHYSICAL REVIEW D誌にて掲載が決定している．新型コロナウイルス蔓延の影響により研究を行う上で障害が発生している状況ではあるが，当初予定と比較しておおむね研究は順調に進展している．これまでに得られた結果を応用して次年度の研究を行っていく．
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は，ここまでの研究で導出した結果を用いて網羅的に拡張重力理論の検証を推し進める．特に，2021年度に導出した中性子星・ブラックホール時空におけるHorndeski理論の安定性の条件は様々な理論模型に対して適用することが可能である．また，適切な条件下で摂動方程式を解析的・数値的に解くことにより，中性子星の潮汐変形率や連星ブラックホール合体後に放出される準固有振動の研究へと応用することが可能である．更に，ここまではスカラー自由度によって一般相対論を拡張した重力理論を基づき解析を行ってきたが，ベクトル自由度による拡張重力理論に基づくブラックホール解，中性子星解も多数報告されていることから，網羅的に検証を行うためには後者のような理論において安定性解析を行うためのフレームワーク構築も必要となる．2022年度はこれらの研究を主軸に行っていく予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍によりほとんどの学会や国際会議がオンライン開催となり，また予定していた海外研究機関所属研究者と共同研究を行うための海外渡航が不可能となったため．
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