Testing general relativity by gravitational wave data analysis of black hole quasinormal modes

通过黑洞准正态模式的引力波数据分析检验广义相对论

基本信息

批准号：
21K03582
负责人：
中野寛之
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Ryukoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、「ブラックホール準固有振動」と呼ばれるブラックホールが形成された際に放射される「リングダウン（減衰振動）重力波」に注目する。これは、アインシュタインの一般相対性理論においては、ブラックホールの質量とスピンで記述されるシンプルな重力波である。本研究の学術的「問い」として、「ブラックホール」と呼ばれているものは、本当に一般相対性理論で予言されるものなのか？をあげる。この問いに答えるために、リングダウン重力波のより良いデータ解析法を開発し、連星合体後に生じた天体の情報を抽出することにより、一般相対性理論を検証する。リングダウン重力波と連星系の合体前の放射される「インスパイラル重力波」を組み合わせて一般相対性理論を検証する方法が、これまでに数多く提案されている。このような状況において、本年度は、インスパイラル重力波の理論波形の議論を進めた。１つは、超大質量ブラックホールと太陽質量程度のコンパクト天体からなる連星系からのインスパイラル重力波である。もう１つは、楕円軌道運動の連星系に対する研究である。これまで、数値相対論では準円軌道運動の連星系が主に取り扱われてきたが、楕円軌道の離心率を調整するための方法を議論した。もちろん、連星系からの重力波の観測は、一般相対性理論の検証という物理学的な観点からだけでなく、その連星系の起源を探るという天文学的な観点からも有用である。本年度は、重力波イベントのGW2002105とGW200115という中性子星とブラックホールの連星系に注目し、その起源に迫った。本論文の中で、重力波観測の結果と種族ⅠやⅡの星が起源であることが無矛盾であることを示した。

在这项研究中，我们关注黑洞形成时发出的“衰荡（阻尼振荡）引力波”，称为“黑洞准本征振荡”。在爱因斯坦的广义相对论中，这是一种用黑洞的质量和自旋来描述的简单引力波。这项研究的学术问题是：所谓的“黑洞”真的是广义相对论所预言的吗？我给你。为了回答这个问题，我们将通过开发更好的振铃引力波数据分析方法并提取双星合并后形成的天体信息来测试广义相对论。人们提出了许多方法来测试广义相对论，将振铃引力波与双星系统合并之前发出的“吸气引力波”结合起来。在这种情况下，今年我们继续讨论螺旋引力波的理论波形。一种是来自双星系统的螺旋引力波，该双星系统由超大质量黑洞和质量约为太阳的致密天体组成。另一个是椭圆轨道运动的双星系统的研究。到目前为止，数值相对论主要涉及准圆形轨道的双星系统，但我们讨论了调整椭圆轨道偏心率的方法。当然，观测双星系统的引力波不仅从物理角度验证广义相对论，而且从天文学角度探索双星系统的起源。今年，我们重点研究了中子星和黑洞双星系统GW2002105和GW200115引力波事件，并研究了它们的起源。在本文中，我们证明了引力波观测结果与I族和II族恒星的起源是一致的。