研究課題
将来の重力波の観測によって、一般相対論では説明できないような観測結果が報告される可能性が高いことを考えると、一般相対論を超える重力理論を研究することは喫緊の課題である。このような動機から、これまでさまざまな拡張重力理論が提案されてきた。これらの理論はいずれも、計量テンソル以外に新たな自由度を導入することにより、一般相対論を拡張したものと理解することができる。このような拡張重力理論において普遍的に成り立つ性質を捉えるべく、計量に加えスカラー場を一つだけ含んだ重力理論であるスカラーテンソル理論が特に詳しく研究されてきた。研究代表者は、時空対称性の自発的破れに基づく低エネルギー有効理論の観点から、スカラーテンソル理論におけるブラックホール時空まわりの摂動を普遍的に記述可能な枠組みを確立した。特に本年度は、球対称ブラックホールまわりの奇パリティ摂動について準固有振動を計算するためのパイプラインを構築し、一般相対論における球対称ブラックホール解であるSchwarzschild時空の場合からの差異を定量的に議論した。また、上記有効理論を、ベクトルテンソル理論を含むように拡張することに成功した。これらの結果は、ブラックホール由来の重力波により重力理論を検証する上で基礎的かつ重要な役割を果たすと期待される。上記以外にも、場の高階微分を含んだ可逆な変数変換により生成される重力理論が現実の宇宙に存在する物質場と整合的に結合できるかを議論し、宇宙論観測による重力理論の検証に堪え得る理論のサブクラスを特定した。また、宇宙論の文脈で模型の詳細によらない定式化としてしばしば用いられるインフレーション/ダークエネルギーの有効理論を上記理論を含むよう拡張し、宇宙論的摂動の定式化を行った。
2: おおむね順調に進展している
研究代表者は2022年度に、スカラーテンソル理論においてブラックホール時空まわりの摂動を模型の詳細によらず記述可能な有効理論を構築した。本年度は、この有効理論の最初の現象論的応用として、球対称ブラックホールの準固有振動を計算するためのパイプラインの構築に成功した。さらに上記有効理論を、ベクトルテンソル理論を含むように拡張することに成功した。このように、ブラックホール由来の重力波により重力理論を検証するための理論的基盤の整備を着実に進めている。以上のことから、本研究課題は現在までおおむね順調に進展していると判断する。
本年度は主に球対称ブラックホールまわりの奇パリティ摂動に対する準固有振動に着目したが、今後はブラックホールの潮汐変形などを含む多角的な解析を進める。また、偶パリティ摂動の解析、より現実的な回転ブラックホールに対する有効理論の構築に関する研究も並行して進める。
すべて 2024 2023 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 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)
Progress of Theoretical and Experimental Physics
巻: 2024 ページ: ptae046～ptae046
10.1093/ptep/ptae046
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
巻: 2024 ページ: 012～012
10.1088/1475-7516/2024/03/012
Physical Review D
巻: 109 ページ: 024034～024034
10.1103/PhysRevD.109.024034
巻: 108 ページ: 084031～084031
10.1103/PhysRevD.108.084031
巻: 2023 ページ: 050～050
10.1088/1475-7516/2023/07/050
巻: 2023 ページ: 009～009
10.1088/1475-7516/2023/07/009
