宇宙精密観測に基づく軽量スカラー・ベクトル暗黒物質モデルの検証

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電磁波・重力波を用いた宇宙精密観測が今後進展することを踏まえ、それを活用した軽量暗黒物質モデルの検証のための理論的予言を行うことが本研究の目的であった。2022年度は、ブラックホール近傍の電磁波観測が近年急速に発展していることを大きな動機として、アクシオン・光子相互作用がブラックホール磁気圏での電磁波伝播に与える影響を研究した。本研究では、超大質量ブラックホールが特徴とする系の巨大さと強い重力により、長い伝播距離にわたって磁場が保たれること、その帰結としてブラックホール磁気圏を伝播するX線やガンマ線がアクシオンに効率的に転換することを明らかにし、その周波数帯においてブラックホール近傍から放たれる光量が最大で25%減少することを示した。この減光率はアクシオン・光子結合定数やアクシオン質量に依存しており、将来の観測でこの減光を観測すればこれらのパラメータを測定することができる。したがって、本研究により、ブラックホール観測を用いたアクシオン暗黒物質探索方法の一つを与えることができたと言える。本研究成果について、論文を執筆して発表した。また、日本物理学会を含む3件の学会・研究会にて口頭発表を行った。また、当初研究計画にはなかったが、特異点を持たない時空のトポロジーに関する研究や、宇宙論的時空における領域の面積とエントロピーの不等式的関係に関する研究も行うことができて、それらの成果をそれぞれ論文として発表した。