2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17J04978
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
新居 舜 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 重力波 / 重力理論 / 等価原理 / 宇宙論 / 加速膨張 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
相次ぐ連星合体起源の重力波検出により、重力波観測を用いた重力理論の制限の道が拓かれた。重力理論の一般的な枠組みの1つであるホルデスキ理論では、重力波の伝搬速度とともに振幅が宇宙年齢の間に時間変動する効果が現れる。これまで、現在稼働中の地上重力波検出器(LIGO, VIRGO, KAGRA)では、波源までの距離の測定誤差が大きく、重力定数の時間変化の観測的制限は弱かった (A.Nishizawa 2017, Arai et al. 2017)。そこで、将来計画されている地上重力波検出器の感度向上を念頭に、ホルンデスキ理論に対する制限がどこまで改善されるかを調べた。
まず、将来計画されている地上重力波検出器(以下、第3世代検出器)には、Einstein Telescope, Cosmic Explorer, Voyagerの3つを考慮した。第３世代検出器の感度は、2018年時点でのLIGOの感度に比べて重力波検出器に比べおよそ30倍良い。これは連星合体事象の数にして30,000倍ほど増えることに対応する。第３世代検出器による連星合体の擬似観測を実施すると、多数の連星合体事象を使うことで統計誤差が小さくでき、重力波の減衰率および重力定数の時間変化は約1%の精度で測定可能であることが判明した。この制限を踏まえて、ホルンデスキ理論への制限を調べた。
先行研究Arai et al. 2017と同様、モンテカルロ法を用いて宇宙膨張率の観測と摂動安定性条件と整合的なモデルを絞り込む数値シミュレーションを行い、得られたモデルが持つ観測量の間の相関関係を調べた。その結果、重力波の減衰率の測定を通じて等価原理の破れは1%程度まで制限できることを示した。この制限はこれまで知られている観測的制限の中でも最も厳しいものの1つとなる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究課題は、2017年度の先行研究を発展させたもので、予定通り研究が進められた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度の研究成果から、将来的な重力波観測が重力理論の制限に重要な貢献をすることが示された。将来の重力波観測が1%の制度で重力理論を制限できることは、宇宙論研究における重力波観測の重要性を示す大変インパクトの大きい成果である。
今後は、宇宙マイクロ波背景放射やバリオン音響振動などの既存の宇宙論的観測と整合的なモデルをさらに絞り込み、将来の重力波観測により得られる新しい制限や各観測による系統誤差をより具体的に見積もる。また、Kilo-square Degree Survey (KiDS), Dark Energy Survey (DES), Subaru Hyper Supreme Cam (HSC)などの大規模銀河観測による最新の弱重力レンズ測定実験の結果から、重力理論に対して新たな制限を与える。こうした研究を通して、標準宇宙モデルの検証とともに宇宙論的スケールにおける重力法則、および量子重力理論の詳細な解明を目指す。
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