音響ブラックホールモデルを用いたブラックホール物理の解明

使用声学黑洞模型阐明黑洞物理

基本信息

批准号：
08J04371
负责人：
奥住聡
金额：
$ 0.77万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J04371/
关键词：
ブラックホール重力波流体ボース・アインシュタイン凝縮体

项目摘要

ブラックホールとは、一般相対性理論からその存在が予言される天体である。近年になって、ブラックホールの関与するいくつかの新しい波動現象が予言された。これらの予言を実証することは、一般相対性理論のより精密な検証に繋がるものであるが、これらを天文観測から直接実証することは現在では困難である。本研究の目的は、(1)これらの現象を詳細に解析するための理論的に整備すること、(2)地上実験が可能なブラックホール擬似モデルである「音のブラックホール」を利用し、これらの現象の存否を実証すること、の2点である。本年度の研究成果は以下の2点に要約される。1.ブラックホールは「準固有振動」と呼ばれる重力波を放出することが知られる。ごく最近、一般相対性理論の非線形効果が周波数の異なる準固有振動を生み出すことが予想された(Ioka & Nakano 2007)。しかし、この先行研究で用いられた解析手法の妥当性は大いに疑問が残されていた。本研究では、非線形な重力波に対しても妥当性が保証される新たな解析手法を独自に開発し、先行研究で予言されていた非線形由来の準固有振動が実際に存在することを証明した。さらに副産物として、準固有振動とは別種の未知なる重力波モードを発見した。この現象は近い将来観測されるであろう重力波形に大きな影響を与えると予想される。本研究業績は国際論文誌「Journal of Physics」において発表した。2.ブラックホールは「ホーキング輻射」と呼ばれる熱輻射を放出することが予言されている。近年、高エネルギー領域での量子論的効果がこの輻射のスペクトルを変形させる可能性が指摘された(Barcelo et al.2009)。本研究では、ホーキング輻射のスペクトルを実験的に特定するための手段として、量子論的効果が現れる流体である「ボース・アインシュタイン凝縮体」に注目し、これを用いた音響ブラックホールを現在の技術で実現するための方策を提案した。本研究業績は国内論文誌「ながれ」において発表した。

黑洞是广义相对论预言其存在的天体。近年来，人们预测了几种涉及黑洞的新波现象。证实这些预测将导致对广义相对论进行更精确的验证，但目前很难从天文观测中直接验证这些预测。这项研究的目标是（1）开发一个理论框架来详细分析这些现象，（2）利用“声波黑洞”，这是一个可以在地面上测试的黑洞伪模型，这两点是为了证明这些现象存在或不存在。今年的研究成果可以概括为以下两点。 1.众所周知，黑洞会发射称为“准本征振荡”的引力波。最近，有人预测广义相对论的非线性效应会产生不同频率的准本征振荡（Ioka & Nakano 2007）。然而，先前研究中使用的分析方法的有效性仍然非常值得怀疑。在这项研究中，我们独立开发了一种新的分析方法，即使对于非线性引力波也能保证有效，并证明了先前研究中预测的非线性衍生的准自然振动确实存在。此外，作为副产品，我们发现了一种不同于准本征振荡的未知引力波模式。预计这种现象将对不久的将来观测到的引力波形产生重大影响。这项研究的结果发表在国际期刊《物理学杂志》上。 2. 预计黑洞会发出称为“霍金辐射”的热辐射。最近，有人指出高能区域的量子效应可能会改变这种辐射的光谱（Barcelo et al. 2009）。在这项研究中，作为通过实验识别霍金辐射光谱的一种手段，我们重点研究了“玻色-爱因斯坦凝聚体”，这是一种表现出量子理论效应的流体，我们提出了实现这一目标的措施。该研究成果发表在国内期刊《Nagare》上。