コンパクト天体および大質量ブラックホールからの重力波波形に関する研究

重力波検出は相対論の検証、強重力場中の物理現象の解明など現代物理学において非常に大きな意味を持っているが未だ検出には至っておらず、検出に向けた動きは一段と増してきている。DECIGOなど衛星を用いた重力波検出の有力候補に大質量ブラックホールに落下するコンパクト天体からの重力波があるが、検出には精度の良い波形の雛形が必要となる。これには落下する天体の詳細な軌道を予測する必要があり、本年度は輻射反作用の一次を考慮した落下天体の軌道を計算することを行った。輻射反作用を考慮した軌道計算にはPost-Newton法と重力波摂動法がありこれらは互いに相補的である。我々は摂動法を用い質量比一次の近似で計算を行った。この研究で特筆すべき点は、中心ブラックホールの回転、落下天体の軌道傾斜角、および軌道離心率のすべてを考慮し摂動近似の上ではあるが一般的に扱った点である。一般的に宇宙の多くの天体は自転を行っていることが知られており、ブラックホールも例外ではない。一方落下天体はランダムにブラックホールに引き寄せられるため一般には任意の離心率と自転軸に対する傾斜角をもつ。これまではとくに傾斜角に対しての取り扱いが困難とされていたが、本研究で特に赤道から大きく外れた一般的な軌道傾斜角をもつ軌道に対しても輻射反作用を考慮に入れた軌道の変化を明らかにすることが可能となった。加えて計算された軌道を用いて放出される重力波の波形を求めることも行った。我々は摂動五次の範囲に渡って波形を計算し特に周波数変化の表式を得ることに成功した。

重力波検出は相対論の検証、強重力場中の物理現象の解明など現代物理学において非常に大きな意味を持っているが未だ検出には至っておらず、検出に向けた動きは一段と増してきている。DECIGOなど衛星を用いた重力波検出の有力候補に大質量ブラックホールに落下するコンパクト天体からの重力波があるが、検出には精度の良い波形の雛形が必要となる。これには落下する天体の詳細な軌道を予測する必要があり、本年度は輻射反作用の一次を考慮した落下天体の軌道を計算することを行った。輻射反作用を考慮した軌道計算にはPost-Newton法と重力波摂動法がありこれらは互いに相補的である。我々は摂動法を用い質量比一次の近似で計算を行った。この研究で特筆すべき点は、中心ブラックホールの回転、落下天体の軌道傾斜角、および軌道離心率のすべてを考慮し摂動近似の上ではあるが一般的に扱った点である。一般的に宇宙の多くの天体は自転を行っていることが知られており、ブラックホールも例外ではない。一方落下天体はランダムにブラックホールに引き寄せられるため一般には任意の離心率と自転軸に対する傾斜角をもつ。これまではとくに傾斜角に対しての取り扱いが困難とされていたが、本研究で特に赤道から大きく外れた一般的な軌道傾斜角をもつ軌道に対しても輻射反作用を考慮に入れた軌道の変化を明らかにすることが可能となった。加えて計算された軌道を用いて放出される重力波の波形を求めることも行った。我々は摂動五次の範囲に渡って波形を計算し特に周波数変化の表式を得ることに成功した。