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

• 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

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。

Before the annual ま で の research か ら, gravity system の orbit stability を tuning べ る occasions, orbital instability time と い う 観 point で n-body line directly the numerical calculation を う こ と が important で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. そ こ で, Newton gravity で even star ブ ラ ッ ク ホ ー ル な ど massive even star の を systems containing む class three に し seaborne て, orbital instability time dependence を の initial orbit elements, n-body direct calculation コ ー ド "(Trani, Alessandro a. Mario Spera)を use を て to detail に tuning べた. Research process で の bureau, department of な カ オ ス に subgrade づ く Lyapunov stability と, gravity three system の collapse 壊 の whether に base づ く though laser stability の 2 つ の stability that opened を don't す る importance が Ming ら か に な っ た. Star の purpose this study で あ る even ブ ラ ッ ク ホ ー ル three system の possibility の 検 card に お い て は, though laser stability の 観 point が よ り optimum し て い る. そ こ で, though laser stability の 観 point か ら orbit labile を べ, bureau of な Lyapunov stability に base づ い て で leading research proposal さ れ て い る orbit labile discriminant と の is line を っ た. The に initial orbital tilt Angle を of the system changes the えて adjustment べた result, and the orbital tilt Angle が is large く くvon Zeipel Kozai - Lidov institution (hereinafter, ZKL institutions) が important と な る three system に お い て, short time で bureau に determine line を っ た Lyapunov stability は, long の though laser stability を guarantee し な い こ と が shown さ れ た. ま た, orbital tilt Angle が is の affects stability strong に く し, small Angle の anterograde orbit · ZKL institutions が 働 く department, retrograde orbit を も つ の つ 3 big に き く distinguish さ れ る こ と が shown さ れ た. の above results か ら, に で leading research proposal さ れ て い る ZKL institutions に よ る even star ブ ラ ッ ク ホ ー ル fit time ス ケ ー ル の accelerate institutional を exam え る interstate, though laser な stability に base づ く orbital instability time ス ケ ー ル の 観 talk point で, stability を す る こ と の importance が in stopping さ れ た.

项目成果

The disruption timescales of triple systems: dependence on orbital configuration

三重系统的破坏时间尺度：对轨道配置的依赖

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中 彬寛;本田 玄;柳澤 実穂;國枝 武和;Toshinori Hayashi
• 通讯作者: Toshinori Hayashi

階層的三体系におけるLagrange的安定性の機動要素依存性

分级三系统拉格朗日稳定性机动因素的依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: T.Hayashi;A.A.Trani;Y.Suto;小林志鳳，阿部正太郎，阿部日向，...，他CTA LST プロジェクト;松浦優;原科颯;林 利憲
• 通讯作者: 林 利憲

Dynamical disruption timescales and chaotic behavior of hierarchical triple systems

分层三元系统的动态破坏时间尺度和混沌行为

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac8f48
• 发表时间: 2022
• 期刊: ApJ
• 作者: T.Hayashi;A.A.Trani;Y.Suto
• 通讯作者: Y.Suto

長周期連星ブラックホールを含む三体系の探査方法の提案とその検証

长周期双黑洞三系统探索方法的提出与验证

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Tanaka;Reitaro Yasui;Takekazu Kunieda;小川原正道・桐原健真・久保田哲・小宮一夫・原科颯・清水唯一朗・今津敏晃・奥健太郎・官田光史・植田麻記子・小宮京;林 利憲
• 通讯作者: 林 利憲

パルサータイミング法を用いた連星ブラックホール-パルサー三体系探査の提案

脉冲星授时法双黑洞-脉冲星三体探测方案

• 发表时间: 2022
• 作者: Yang Seungmin;Miyachi Akira;Matsuno Taisuke;Muto Hitomi;Sasakawa Hiroaki;Ikemoto Koki;Isobe Hiroyuki;林 利憲
• 通讯作者: 林 利憲