Construction of gravitational wave templates for precise observation of black holes in galactic nuclei

本研究では、カーブラックホール時空を運動する粒子でEMRIをモデル化し、ブラックホール摂動法を用いてEMRIの軌道進化と放出される重力波波形を導出する。粒子に働く自己力の永年効果を含めた運動方程式から軌道進化を計算し、粒子に対するエネルギー運動量テンソルを構成する。これに起因する重力場摂動は、カー時空における摂動を記述するTeukolsky方程式から導出する。令和3年度には、低速度、低離心率近似に基づく軌道の永年進化と重力場摂動の解析的近似公式を用いたEMRI重力波波形モデルを構築し、数値計算コードに実装した。実装したコードの計算結果を基に、解析的波形モデルの数値精度、適用可能な軌道パラメータ領域を明らかにした。令和4年度には、これらの成果をまとめた論文の加筆、修正を行い、最終的にフィジカル・レビュー・レターズ誌に掲載されるに至った。また、解析的波形モデルの数値精度と適用可能範囲を改善するため、より高次の近似公式の導出や計算の効率化などを進めた。その他、EMRI重力波を用いたブラックホール擬似天体の探査についても引き続きを行なった。ブラックホール近傍の境界条件の変更による重力波位相の変調について、これまで取り入れていなかった高次調和モードの影響を考慮した解析を行い、宇宙重力波望遠鏡LISAでの観測可能性を議論した。これらの成果は論文にまとめ、フィジカル・レビュー・D誌に投稿、掲載された。

本研究では、カーブラックホール時空を運動する粒子でEMRIをモデル化し、ブラックホール摂動法を用いてEMRIの軌道進化と放出される重力波波形を導出する。粒子に働く自己力の永年効果を含めた運動方程式から軌道進化を計算し、粒子に対するエネルギー運動量テンソルを構成する。これに起因する重力場摂動は、カー時空における摂動を記述するTeukolsky方程式から導出する。令和3年度には、低速度、低離心率近似に基づく軌道の永年進化と重力場摂動の解析的近似公式を用いたEMRI重力波波形モデルを構築し、数値計算コードに実装した。実装したコードの計算結果を基に、解析的波形モデルの数値精度、適用可能な軌道パラメータ領域を明らかにした。令和4年度には、これらの成果をまとめた論文の加筆、修正を行い、最終的にフィジカル・レビュー・レターズ誌に掲載されるに至った。また、解析的波形モデルの数値精度と適用可能範囲を改善するため、より高次の近似公式の導出や計算の効率化などを進めた。その他、EMRI重力波を用いたブラックホール擬似天体の探査についても引き続きを行なった。ブラックホール近傍の境界条件の変更による重力波位相の変調について、これまで取り入れていなかった高次調和モードの影響を考慮した解析を行い、宇宙重力波望遠鏡LISAでの観測可能性を議論した。これらの成果は論文にまとめ、フィジカル・レビュー・D誌に投稿、掲載された。