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2023 年度 実績報告書

コンパクト連星合体からの重力波偏極モード探査による強重力場での重力理論検証

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1650
配分区分基金
研究機関京都大学

研究代表者

武田 紘樹  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワード重力波 / 宇宙物理学 / 重力 / 一般相対性理論 / 修正重力理論 / 重力理論検証 / 偏極モード / コンパクト連星合体
研究実績の概要

本年度はまず、太陽系内の実験の影響を考慮に入れつつ、コンパクト連星の合体から発生する重力波のスカラーモードの検出可能性について議論した。まず、インスパイラル重力波の観測された位相進化から、生成時のスカラーモードによって運ばれるエネルギーはテンソルモードのそれと同程度であると主張した。次に、重力波の一般的な伝播を定式化し、伝播中のエネルギーフラックスは背景が伝播する波の波長に比べてゆっくり変化する限り、ほとんど変わらないことを指摘した。最終的に、地上の重力波望遠鏡によって検出されるスカラー偏極モードの可能な振幅は、すでに太陽系内の重力実験によって厳しく制約されていることを示した。本年度はさらに、スカラー場がリッチスカラーと結合する非最小結合理論に焦点を当てた。この理論によると、中性子星は重力を介した物質との相互作用を通じてスカラー電荷を持つことができる。よって、中性子星とブラックホールからなる連星系から放出される重力波の観測を、中性子星のスカラー電荷の制限に用いることができる。さらに、非最小結合スカラーテンソル理論は二つのテンソル偏極に加えてスカラーモードを生成する。GW200115データを使用して、中性子星のスカラー電荷および非最小結合強度に対する観測制約を与えた。先行研究とは異なり、テンソルとスカラー偏極の混合の波形を利用した。スカラーモードを考慮に入れることで、スカラー電荷はテンソル重力波だけの分析に比べてさらに厳しく制約されることを示した。また、ブランス・ディッケ重力や自発的スカラー化シナリオを含む非最小結合理論で、各理論のモデルパラメータに新たな制限を設けた。本解析は、先行研究における混合偏極モード探査の一般化になっており、研究期間全体を通してコンパクト連星合体からの重力波の偏極モード探査による強重力場検証の一般的な枠組みを構築し実証することができた。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 7件、 査読あり 8件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Joint Fermi-GBM and Swift-BAT Analysis of Gravitational-wave Candidates from the Third Gravitational-wave Observing Run2024

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 ページ: 149~149

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1eed

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • 著者名/発表者名
      Takeda Hiroki、Manita Yusuke、Omiya Hidetoshi、Tanaka Takahiro
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: 073E01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad082

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overview of KAGRA : Data transfer and management2023

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: 10A102

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad112

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Open Data from the Third Observing Run of LIGO, Virgo, KAGRA, and GEO2023

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboratio
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 267 ページ: 29~29

    • DOI

      10.3847/1538-4365/acdc9f

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Constraints on the Cosmic Expansion History from GWTC?32023

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 949 ページ: 76~76

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac74bb

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the Second Part of the Third Observing Run2023

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 13 ページ: 041039

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.13.041039

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for subsolar-mass black hole binaries in the second part of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run2023

    • 著者名/発表者名
      The LVK Collaboration
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 524 ページ: 5984~5992

    • DOI

      10.1093/mnras/stad588

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Noise subtraction from KAGRA O3GK data using Independent Component Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • 雑誌名

      Classical and Quantum Gravity

      巻: 40 ページ: 085015~085015

    • DOI

      10.1088/1361-6382/acc0cb

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Gravitational-wave constraints on scalar-tensor gravity from a black-hole and neutron star binary2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takeda, Shinji Tsujikawa, and Atsushi Nishizawa
    • 学会等名
      The 28th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan; JGRG32
    • 国際学会
  • [学会発表] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takeda, Yusuke Manita, Hidetoshi Omiya and Takahiro Tanaka,
    • 学会等名
      15th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves
    • 国際学会
  • [学会発表] Gravitational-wave constraints on scalar-tensor gravity from a black-hole and neutron star binary2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takeda, Shinji Tsujikawa, and Atsushi Nishizawa
    • 学会等名
      Search for new particles using gravitational waves
  • [学会発表] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takeda, Yusuke Manita, Hidetoshi Omiya and Takahiro Tanaka,
    • 学会等名
      Search for new particles using gravitational waves
  • [備考] Hiroki Takeda (home page)

    • URL

      https://hiroki-takeda.github.io/index.html

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公開日: 2024-12-25  

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