Development of high frequency gravitational wave physics

現在、干渉計で観測できる重力波は10Hz から1kHz くらいの狭い周波数帯域に限られている。今後、宇宙空間へ干渉計を打ち上げることで1mHz まで周波数帯を低周波側に伸ばす計画はあるが、電磁波を用いた天文学に比べるとまだ十分とは言えない。10kHz から10THz までの周波数帯へ観測領域を広げることで新たな重力波源が見えてくるはずである。本研究計画では、申請者らのマグノンを用いたGHz 重力波検出原理をさらに発展させ高周波重力波物理学を開拓すること、この周波数帯の重要な重力波源として太陽質量より軽い原始ブラックホールを研究すること、重力波を用いてQCDアクシオンを探索することを目的としている。代表の早田は、イットリウム鉄ガーネット（YIG）強磁性体球を用いた重力波検出可能性を検討し、フェルミ正規座標系を拡張することで格段に精度が向上することを明らかにした。これは将来の高周波重力波検出器をデザインするうえで重要な成果である。分担者の野海は、positivity boundを用いて、暗黒物質の候補であるである暗黒光子のパラメータに対して下限を与えた。これは、実験で得られている上限と組み合わせて暗黒物質解明に重要な示唆を与えている。分担者の菅野は、インフレーション中に発生する重力波が原始磁場によってうける影響を明らかにした。これは高周波重力波観測にとって重要な結果である。分担者の吉野は、回転ブラックホールの周りのアクシオンの不安定性を解析し、ボーズノヴァが起こる可能性があることを示した。このことから、原始ブラックホールからの高周波重力波発生が期待できることがわかった。

現在、干渉計で観測できる重力波は10Hz から1kHz くらいの狭い周波数帯域に限られている。今後、宇宙空間へ干渉計を打ち上げることで1mHz まで周波数帯を低周波側に伸ばす計画はあるが、電磁波を用いた天文学に比べるとまだ十分とは言えない。10kHz から10THz までの周波数帯へ観測領域を広げることで新たな重力波源が見えてくるはずである。本研究計画では、申請者らのマグノンを用いたGHz 重力波検出原理をさらに発展させ高周波重力波物理学を開拓すること、この周波数帯の重要な重力波源として太陽質量より軽い原始ブラックホールを研究すること、重力波を用いてQCDアクシオンを探索することを目的としている。代表の早田は、イットリウム鉄ガーネット（YIG）強磁性体球を用いた重力波検出可能性を検討し、フェルミ正規座標系を拡張することで格段に精度が向上することを明らかにした。これは将来の高周波重力波検出器をデザインするうえで重要な成果である。分担者の野海は、positivity boundを用いて、暗黒物質の候補であるである暗黒光子のパラメータに対して下限を与えた。これは、実験で得られている上限と組み合わせて暗黒物質解明に重要な示唆を与えている。分担者の菅野は、インフレーション中に発生する重力波が原始磁場によってうける影響を明らかにした。これは高周波重力波観測にとって重要な結果である。分担者の吉野は、回転ブラックホールの周りのアクシオンの不安定性を解析し、ボーズノヴァが起こる可能性があることを示した。このことから、原始ブラックホールからの高周波重力波発生が期待できることがわかった。