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2023 年度 実施状況報告書

動的なブラックホールのフォトンスフィアとシャドウの研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K20367
研究機関名古屋大学

研究代表者

古賀 泰敬  名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (60910891)

研究期間 (年度) 2021-08-30 – 2025-03-31
キーワードブラックホール / ブラックホールシャドウ / フォトンスフィア / 重力崩壊 / 光の赤方偏移
研究実績の概要

ブラックホールシャドウの形成には、赤方偏移の効果も本質的な役割を担っている。本年度は重力収縮する天体の赤方偏移について、一般の天体の場合の解析を行った。一般の天体の場合においては、天体のダイナミクスと光の赤方偏移を直接結びつける公式を新たに提唱することができた。この公式では、光のエネルギーの新たな定義の提案をした上で、そのエネルギーの変化が幾何学的に決定されることを見出した。一般相対論において時空の幾何学と天体のダイナミクスが結びつくことから、光のエネルギーの変化、すなわち赤方偏移が天体のダイナミクスと結びつくことを示した。この公式を利用し、前年度までの研究結果がより一般に成り立つだろうと結論づけた。すなわち、重力崩壊は基本的に光の赤方偏移を起こし、逆に膨張のようなダイナミクスは青方偏移を起こす。この結果は複数の国際会議や研究会で報告した。この研究は安積伸幸氏(TDSE)、木村匡志氏(第一工科大学)、岡林一賢氏(京都大学)との共同研究である。
また関連する研究として、質量降着するブラックホールの重力波や周辺天体の軌道の解析、回転ワームホールの解析など複数の研究が進行中であり、それぞれ大橋氏、Palomino氏、上道氏(いずれも名古屋大学)を筆頭に解析を進めている。
また新たにスタートした関連研究も複数あり、国内外の研究機関の研究者らと打ち合わせをしながら進めている。これらの研究では、これまでのフォトンスフィア(=光の円軌道)の研究結果に基づいた解析を行っており、実際の観測に関する予言を目指している。

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

本年度は概ね順調に進行したが、計画当初に想定していなかった重大な結果を得た。そのため、その他業務との兼ね合いもあり、結果をまとめるために多少時間を要している。また関連研究も増えており、それらの完成にももう少し時間を要する見込みである。

今後の研究の推進方策

大きな研究成果はすでに得ていて、まずはそれをまとめ論文を投稿する。まとめる段階で新たな研究へと波及する可能性もあるので、随時共同研究者と打ち合わせをしながら進めていく。特にこれまでに扱わなかった非球対称な状況設定については、有効な解析方法を優先的に模索し、一年間で可能な解析を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

当該年度における国際会議参加は、開催地が所属機関であったり近隣の国であったため、旅費が当初計画より少なくなった。また、その他業務との兼ね合いのため、他機関への研究滞在も短期間になったり予定を取りやめたのも大きな理由である。
次年度は、研究実績の概要で前述の通り、得られた研究成果をまとめて論文を投稿する。それに伴い、様々な会議や研究会、研究機関で発表や議論をする必要があり、次年度使用額はその旅費に充てる。また、品不足などの理由で購入が困難であった電子機器なども適宜購入する予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Revisiting compaction functions for primordial black hole formation2023

    • 著者名/発表者名
      Harada Tomohiro、Yoo Chul-Moon、Koga Yasutaka
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 ページ: 1~8

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.043515

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spins of primordial black holes formed with a soft equation of state2023

    • 著者名/発表者名
      Saito Daiki、Harada Tomohiro、Koga Yasutaka、Yoo Chul-Moon
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2023 ページ: 030~030

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/07/030

    • 査読あり
  • [学会発表] Initial Spins of Primordial Black Holes Formed with a Soft Equation of State2024

    • 著者名/発表者名
      斎藤大生, 原田知広, 古賀泰敬, 柳哲文
    • 学会等名
      Symposium of “What is dark matter?”
    • 国際学会
  • [学会発表] Shadow formation in gravitational collapse and effect of redshift by spacetime dynamics2024

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬
    • 学会等名
      Seminar at Institute for Basic Science (IBS) in Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] 小玉ベクトルと自由粒子のエネルギー2024

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬, 安積伸幸, 木村匡志, 岡林一賢
    • 学会等名
      一般相対論と幾何
  • [学会発表] 重力崩壊におけるシャドウ形成と光の赤方偏移2024

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬, 安積伸幸, 木村匡志, 岡林一賢
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Photon sphere and shadow evolution in a dynamical black hole spacetime2023

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬, 安積伸幸, 木村匡志, 岡林一賢
    • 学会等名
      XV International Conference on Gravitation, Astrophysics and Cosmology (ICGAC15)
    • 国際学会
  • [学会発表] Shadow formation in gravitational collapse and redshift of lights2023

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬, 安積伸幸, 木村匡志, 岡林一賢
    • 学会等名
      The 32nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] 重力崩壊に伴う赤方偏移について2023

    • 著者名/発表者名
      古賀泰敬, 安積伸幸, 木村匡志, 岡林一賢
    • 学会等名
      第24回特異点研究会

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公開日: 2024-12-25  

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