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，我们将专注于当形成黑洞时发出的“降压（阻尼振动）引力波”，称为“黑洞准eigen振动”。这是一个简单的引力波，在爱因斯坦的一般相对论中描述，如黑洞的质量和自旋所描述。作为这项研究中的一个学术问题，这所谓的“黑洞”是否真正由一般相对论预测？我给你。为了回答这个问题，我们将开发一种更好的数据分析方法，以通过提取有关二进制恒星合并后产生的天体的信息来验证相对性的一般理论。已经提出了许多方法来通过在二元系统合并之前将降压引力波与“灵感引力波”相结合，以验证一般相对性的理论。在这种情况下，今年我们讨论了灵感引力波的理论波形。一个是来自二元星系的灵感引力波，该系统由太阳能质量水平的超质量黑洞和紧凑的身体组成。另一个是对椭圆形轨道运动的二元系统的研究。到目前为止，数值相对论主要处理具有准圆形轨道运动的二元系统，但是已经讨论了调整椭圆轨道偏心率的方法。当然，从二进制星系中观察引力波不仅是从验证相对论一般理论的物理角度来看，而且从探索二进制恒星系统起源的天文学角度来看。今年，我们专注于引力波事件GW2002105和GW200115，二进制中子星和黑洞，我们研究了它们的起源。在本文中，我们已经表明，引力波观测的结果与种族I和II星的起源一致。