Exploring physics in the strong gravity regime with modified gravity

利用修正重力探索强重力状态下的物理

• 批准号: 22KJ1646
• 负责人: 高橋 一史
• 金额: $ 1.33万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1646/
• 关键词: 修正重力理論; ブラックホール; 摂動論

将来の重力波の観測によって、一般相対論では説明できないような観測結果が報告される可能性が高いことを考えると、一般相対論を超える重力理論を研究することは喫緊の課題である。このような動機から、これまでさまざまな拡張重力理論が提案されてきた。これらの理論はいずれも、計量テンソル以外に新たな自由度を導入することにより、一般相対論を拡張したものと理解することができる。このような拡張重力理論において普遍的に成り立つ性質を捉えるべく、計量に加えスカラー場を一つだけ含んだ重力理論であるスカラーテンソル理論が特に詳しく研究されてきた。スカラーテンソル理論における時空の解は、一般にスカラー場の寄与のため一般相対論における時空とは異なるが、一般相対論と同じ厳密解を持つような理論も存在する。このような解は、背景のレベルで重力理論の修正による寄与が現れないことからステルス解と呼ばれる。一方でステルス解においても、摂動のレベルではスカラー場の影響が現れ、将来の重力波観測などにより一般相対論との区別が可能となることが期待される。一般に拡張重力理論の中には、観測による検証の土俵に乗る以前に、高階微分に由来する不安定性など根本的な問題があるものも多いが、研究代表者は、あるクラスのスカラーテンソル理論がそのような問題を回避しており、ブラックホールによる重力理論の検証を行うにあたって一般相対論の対抗馬として理想的に機能し得ることを示した。また、スカラーテンソル理論の枠組みとしてそれまで最も一般的であろうと思われていた縮退高階スカラーテンソル理論の枠組みを、場の高階微分を含んだ変数変換を用いて大幅に拡張することに成功した。この新たな重力理論の枠組みにより、宇宙初期のインフレーション、現在の宇宙の加速膨張を司るダークエネルギー、ブラックホールや重力波放出など、宇宙で生じる様々な現象に関する包括的研究が可能となる。

考虑到未来引力波观测很可能报告广义相对论无法解释的观测结果，研究超越广义相对论的引力理论是一项紧迫任务。基于这一动机，人们提出了各种扩展的引力理论。所有这些理论都可以被理解为广义相对论的扩展，引入了度量张量以外的新自由度。为了捕捉这种扩展引力理论的普遍性质，人们对标量张量理论进行了特别详细的研究，标量张量理论是一种除了度量之外仅包含一个标量场的引力理论。由于标量场的贡献，标量张量理论中的时空解通常与广义相对论中的时空解不同，但也有一些理论具有与广义相对论中相同的精确解。这种解决方案被称为隐形解决方案，因为在背景水平上没有出现对重力理论的修改的贡献。另一方面，即使在隐形解决方案中，标量场的影响也会出现在摄动水平上，预计未来的引力波观测将使它们与广义相对论区分开来。一般来说，许多扩展引力理论在无法通过观测验证之前都存在由于高阶微分导致的不稳定等根本问题，但研究负责人认为，某一类标量张量理论已经证明它避免了此类问题，并且可以当使用黑洞测试引力理论时，它可以完美地充当广义相对论的竞争对手。此外，他通过使用包括高阶场微分的变量变换，成功地显着扩展了简并高阶标量张量理论的框架，该理论被认为是标量张量理论最通用的框架。这个新的引力理论框架将能够对宇宙中发生的各种现象进行综合研究，包括早期宇宙的膨胀、控制当今宇宙加速膨胀的暗能量、黑洞和引力波发射。

项目成果

Generalized Regge-Wheeler equation from Effective Field Theory of black hole perturbations with a timelike scalar profile

具有类时标量剖面的黑洞扰动有效场论的广义雷格-惠勒方程

• DOI: 10.1088/1475-7516/2022/10/050
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: Mukohyama Shinji;Takahashi Kazufumi;Yingcharoenrat Vicharit
• 通讯作者: Yingcharoenrat Vicharit

Built-in scordatura in U-DHOST

U-DHOST 中内置 scordatura

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahashi Kazufumi;Motohashi Hayato;高橋一史;Kazufumi Takahashi;Kazufumi Takahashi;高橋一史;Kazufumi Takahashi
• 通讯作者: Kazufumi Takahashi

Consistency of matter coupling in modified gravity

修正重力中物质耦合的一致性

• DOI: 10.1103/physrevd.107.044018
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Takahashi Kazufumi;Kimura Rampei;Motohashi Hayato
• 通讯作者: Motohashi Hayato

Generalized disformal Horndeski theories: Cosmological perturbations and consistent matter coupling

• DOI: 10.1093/ptep/ptac161
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Progress of Theoretical and Experimental Physics
• 影响因子: 3.5
• 作者: Kazufumi Takahashi;Masato Minamitsuji;H. Motohashi

Black hole perturbations in DHOST theories: master variables, gradient instability, and strong coupling

• DOI: 10.1088/1475-7516/2021/08/013
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: Kazufumi Takahashi;H. Motohashi