Testing general relativity by gravitational wave data analysis of black hole quasinormal modes

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本研究では、「ブラックホール準固有振動」と呼ばれるブラックホールが形成された際に放射される「リングダウン（減衰振動）重力波」に注目する。これは、アインシュタインの一般相対性理論においては、ブラックホールの質量とスピンで記述されるシンプルな重力波である。本研究の学術的「問い」として、「ブラックホール」と呼ばれているものは、本当に一般相対性理論で予言されるものなのか？をあげる。この問いに答えるために、リングダウン重力波のより良いデータ解析法を開発し、連星合体後に生じた天体の情報を抽出することにより、一般相対性理論を検証する。リングダウン重力波と連星系の合体前の放射される「インスパイラル重力波」を組み合わせて一般相対性理論を検証する方法が、これまでに数多く提案されている。このような状況において、本年度は、インスパイラル重力波の理論波形の議論を進めた。１つは、超大質量ブラックホールと太陽質量程度のコンパクト天体からなる連星系からのインスパイラル重力波である。もう１つは、楕円軌道運動の連星系に対する研究である。これまで、数値相対論では準円軌道運動の連星系が主に取り扱われてきたが、楕円軌道の離心率を調整するための方法を議論した。もちろん、連星系からの重力波の観測は、一般相対性理論の検証という物理学的な観点からだけでなく、その連星系の起源を探るという天文学的な観点からも有用である。本年度は、重力波イベントのGW2002105とGW200115という中性子星とブラックホールの連星系に注目し、その起源に迫った。本論文の中で、重力波観測の結果と種族ⅠやⅡの星が起源であることが無矛盾であることを示した。