相対論的効果を考慮した重力三体系の力学進化とその連星ブラックホール探査への応用

考虑相对论效应的引力三体系统动力学演化及其在双黑洞探测中的应用

基本信息

批准号：
21J11378
负责人：
林利憲
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11378/
关键词：
三体問題軌道安定性連星ブラックホール von Zeipel-Kozai-Lidov機構

项目摘要

前年度までの研究から、重力三体系の軌道安定性を調べる場合、軌道不安定時間という観点でN体直接数値計算を行うことが重要であることが明らかになった。そこで、Newton重力下で連星ブラックホールなどの大質量連星を含む階層的三体系に対して、軌道不安定時間の初期軌道要素依存性を、N体直接計算コードTsunami(Alessandro A. Trani, Mario Spera)を用いて詳細に調べた。研究過程で、系の局所的なカオス性に基づくLyapunov的安定性と、重力三体系の崩壊の有無に基づくLagrange的安定性の２つの安定性を峻別する重要性が明らかになった。本研究の目的である連星ブラックホール三体系の存在可能性の検証においては、Lagrange的安定性の観点がより適している。そこで、Lagrange的安定性の観点から軌道不安定性を調べ、局所的なLyapunov的安定性に基づいて先行研究で提案されている軌道不安定性判別式との比較を行った。系統的に初期軌道傾斜角を変えて調べた結果、軌道傾斜角が大きくvon Zeipel-Kozai-Lidov機構（以下、ZKL機構）が重要となる三体系において、短時間で局所的に判定を行ったLyapunov的安定性は、長時間のLagrange的安定性を保証しないことが示された。また、軌道傾斜角が系の安定性に強く影響し、小傾斜角の順行軌道系・ZKL機構が働く系・逆行軌道をもつ系の３つに大きく区分されることが示された。以上の結果から、特に先行研究で提案されているZKL機構による連星ブラックホール合体時間スケールの加速機構を考える際、Lagrange的な安定性に基づく軌道不安定時間スケールの観点で、安定性を議論することの重要性が示唆された。

从去年的研究结果可以看出，在研究三体重力系统的轨道稳定性时，从轨道不稳定时间的角度进行N体直接数值计算非常重要。因此，对于牛顿引力下包含双黑洞等大质量双星的分级三体系统，使用N体直接计算代码Tsunami（Alessandro A. Trani，马里奥·斯佩拉）。在研究过程中，我们发现区分两种类型的稳定性非常重要：李亚普诺夫稳定性（基于系统的局部混沌）和拉格朗日稳定性（基于系统是否存在崩溃）引力三体系统。拉格朗日稳定性视角更适合验证二元黑洞三重系统存在的可能性，这也是本研究的目的。因此，我们从拉格朗日稳定性的角度研究轨道不稳定性，并将其与先前研究中基于局部Lyapunov稳定性提出的轨道不稳定性判别式进行比较。通过系统地改变初始轨道倾角，我们能够在轨道倾角较大的三个系统和von Zeipel-Kozai-Lidov机制（以下简称ZKL机制）中在短时间内做出局部确定。）很重要，研究表明类李雅普诺夫稳定性并不能保证长期拉格朗日稳定性。研究还表明，轨道倾角对系统的稳定性影响很大，大致可分为三种类型：小倾角的顺行轨道系统、ZKL机构工作的系统和逆行轨道系统。由以上结果可知，在考虑前人研究中提出的ZKL机制对双黑洞合并时间尺度的加速机制时，我们从基于拉格朗日稳定性的轨道不稳定时间尺度的角度讨论了稳定性的重要性。建议。