重力理論と新しい場の物理の多角的な検証

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本年度は主に，スカラー場と重力が結合している理論であるホルンデスキ理論において安定に存在し得るブラックホールと中性子星の解について明らかにした．ブラックホールについては，事象の地平線でスカラー場の動径方向の微分が発散する場合の解は不安定であることを一般的に証明した．その成果を発展させ，スカラー毛を持つ安定な静的・球対称ブラックホール解が，スカラー場が動径のみの関数であるときに，スカラー場とガウス・ボンネ項が結合している理論以外は一般的に存在しないことを示した．また，スカラー場とガウス・ボンネ項が結合した理論で，中性子星の内部でラプラス不安定性が生じないという条件から，結合定数に対して理論的な上限を与えた．これは，重力波のデータから得られている強重力場中での観測的な制限のどれよりも強いものである．さらに，ブラックホールや中性子星がスカラー毛を持つ際に，それらの連星系から放出される重力波の波形を導出し，将来のブラックホール・中性子星連星の観測から，スカラー荷の値に制限をつけることが可能であることを示した．また，宇宙初期のインフレーションという加速膨張を引き起こすスカラー場とガウス・ボンネ項が結合している場合に，原始ブラックホールの種が生成され得ることを明らかにした．これは，ヒッグス場がガウス・ボンネ項だけでなく重力とも結合しているシナリオであり，暗黒物質の候補となる原始ブラックホールの種が十分に生成されるだけでなく，宇宙背景輻射の温度揺らぎの観測データとも整合的であり得ることを示した．