様々な相対論的重力現象解析に基づく重力の本質理解に向けて

基于对各种相对论引力现象的分析，理解引力的本质

基本信息

批准号：
19K03857
负责人：
前田恵一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

重力波の直接観測により新しい天文学として誕生した重力波天文学の重要な課題は、観測可能な重力波源の詳細な解析で、現在発見されている連星系合体以外の重力波源はさらに新たな情報をもたらすと期待される。本研究では、そのような新しい重力波源の1つとして注目されている階層的三体系のダイナミクスおよびその系から放出される重力波について解析を行い、その観測可能性を明らかにした。またその系における相対論的効果の影響についても詳細に考察した。階層的三体系のダイナミクスにおいては古在・Lidov機構が重要な役割をする。本年度は、特に階層的三体系が実現される可能性の高い超巨大ブラックホール近くの連星系について解析を行った。まずその研究遂行のための新しい定式化を行い、重力の非常に強いISCO(最内安定円軌道)近傍を運動する連星においても古在・Lidov振動が起こることを示した。連星が十分コンパクトな場合は規則正しい古在・Lidov振動を示すが、結合が少し弱い連星の場合、カオス的な振る舞いを示し、離心率の最大振幅や振動周期が不規則になる。また軌道傾斜角が90°に近い場合には軌道面反転も引き起こす場合があることを明らかにした。これらの系からの重力波解析は重力波天文学に重要な情報を与えると期待される。一方、修正重力理論に関する研究においては、近年注目されている自由度２の修正重力理論に関して研究を行った。cuscuton重力理論およびその拡張理論に関して宇宙論的観測からの制限を与えた。またもう一つの拡張理論であるVCDM理論に関して、他の理論との比較および重力崩壊からのブラックホール形成過程について明らかにした。

引力波天文学是通过直接观测引力波而诞生的一种新的天文学形式，其中一个重要问题是对可观测引力波源的详细分析，而目前发现的双星系统并合以外的引力波源将带来更多的影响。预计有新的信息。在这项研究中，我们分析了作为新的引力波源之一而受到关注的分层三体系统的动力学以及从该系统发射的引力波，并阐明了其可观测性。我们还详细讨论了相对论效应对系统的影响。 Kozai-Lidov 机制在分层三系统的动力学中发挥着重要作用。今年，我们分析了超大质量黑洞附近的双星系统，其中实现分层三体系统的可能性特别高。首先，我们开发了一种新的公式来进行这项研究，并表明即使在引力极强的 ISCO（最内稳定圆形轨道）附近移动的双星中也会发生 Kozai-Lidov 振荡。如果双星足够紧凑，它将表现出规则的 Kozai-Lidov 振荡，但如果耦合有点弱，它将表现出混沌行为，具有不规则的最大偏心率幅度和不规则的振荡周期。研究还表明，当轨道倾角接近90°时，可能会发生轨道平面反转。这些系统的引力波分析有望为引力波天文学提供重要信息。另一方面，在修正引力理论的研究中，我们开展了二自由度修正引力理论的研究，近年来备受关注。我们给出了宇宙学观测对盾形引力理论及其可拓理论的约束。对于另一个扩展理论VCDM理论，我们将其与其他理论进行了比较，阐明了引力坍缩形成黑洞的过程。