様々な相対論的重力現象解析に基づく重力の本質理解に向けて

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重力波の直接観測により新しい天文学として誕生した重力波天文学の重要な課題は、観測可能な重力波源の詳細な解析で、現在発見されている連星系合体以外の重力波源はさらに新たな情報をもたらすと期待される。本研究では、そのような新しい重力波源の1つとして注目されている階層的三体系のダイナミクスおよびその系から放出される重力波について解析を行い、その観測可能性を明らかにした。またその系における相対論的効果の影響についても詳細に考察した。階層的三体系のダイナミクスにおいては古在・Lidov機構が重要な役割をする。本年度は、特に階層的三体系が実現される可能性の高い超巨大ブラックホール近くの連星系について解析を行った。まずその研究遂行のための新しい定式化を行い、重力の非常に強いISCO(最内安定円軌道)近傍を運動する連星においても古在・Lidov振動が起こることを示した。連星が十分コンパクトな場合は規則正しい古在・Lidov振動を示すが、結合が少し弱い連星の場合、カオス的な振る舞いを示し、離心率の最大振幅や振動周期が不規則になる。また軌道傾斜角が90°に近い場合には軌道面反転も引き起こす場合があることを明らかにした。これらの系からの重力波解析は重力波天文学に重要な情報を与えると期待される。一方、修正重力理論に関する研究においては、近年注目されている自由度２の修正重力理論に関して研究を行った。cuscuton重力理論およびその拡張理論に関して宇宙論的観測からの制限を与えた。またもう一つの拡張理論であるVCDM理論に関して、他の理論との比較および重力崩壊からのブラックホール形成過程について明らかにした。