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佐合 紀親(さごう のりちか) データ更新日:2019.06.10



主な研究テーマ
ブラックホール摂動法を用いた重力波源の研究
キーワード:重力波、ブラックホール摂動法、重力的自己力
2012.04.
研究業績
主要原著論文
1. Fujita Ryuichi, Sago Norichika, Nakano Hiroyuki, Note on accuracy of the post-Newtonian approximation for extreme-mass ratio inspirals: retrograde orbits, Classical and Quantum Gravity, 10.1088/1361-6382/aa9ad5, 35, 027001, 2017.12.
2. Norichika Sago, Ryuichi Fujita, Hiroyuki Nakano, Accuracy of the Post-Newtonian Approximation for Extreme-Mass Ratio Inspirals from Black-hole Perturbation Approach, arXiv:1601.02174, We revisit the accuracy of the post-Newtonian (PN) approximation and its region of validity for quasi-circular orbits of a point particle in the Kerr spacetime, by using an analytically known highest post-Newtonian order gravitational energy flux and accurate numerical results in the black hole perturbation approach. It is found that regions of validity become larger for higher PN order results although there are several local maximums in regions of validity for relatively low-PN order results. This might imply that higher PN order calculations are also encouraged for comparable-mass binaries. .
3. Norichika Sago, Ryuichi Fujita, Calculation of radiation reaction effect on orbital parameters in Kerr spacetime, Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2015, 073E03 , arXiv:1505.01600, 2015.07, We calculate the secular changes of the orbital parameters of a point particle orbiting a Kerr black hole, due to the gravitational radiation reaction. For this purpose, we use the post-Newtonian (PN) approximation in the first order black hole perturbation theory, with the expansion with respect to the orbital eccentricity. In this work, the calculation is done up to the fourth post-Newtonian (4PN) order and to the sixth order of the eccentricity, including the effect of the absorption of gravitational waves by the black hole. We confirm that, in the Kerr case, the effect of the absorption appears at the 2.5PN order beyond the leading order in the secular change of the particle's energy and may induce a superradiance, as known previously for circular orbits. In addition, we find that the superradiance may be suppressed when the orbital plane inclines with respect to the equatorial plane of the central black hole. We also investigate the accuracy of the 4PN formulae by comparing to numerical results. If we require that the relative errors in the 4PN formulae are less than $10^{-5}$, the parameter region to satisfy the condition will be $p\gtrsim 50$ for $e=0.1$, $p\gtrsim 80$ for $e=0.4$, and $p\gtrsim 120$ for $e=0.7$ almost irrespective of the inclination angle nor the spin of the black hole, where $p$ and $e$ are the semi-latus rectum and the eccentricity of the orbit. The region can further be extended using an exponential resummation method to $p\gtrsim 40$ for $e=0.1$, $p\gtrsim 60$ for $e=0.4$, and $p\gtrsim 100$ for $e=0.7$. Although we still need the higher order calculations of the PN approximation and the expansion with respect to the orbital eccentricity to apply for data analysis of gravitational waves, the results in this paper would be an important improvement from the previous work at the 2.5PN order, especially for large $p$ region..
4. Soichiro Isoyama, Hiroyuki Nakano, Ryuichi Fujita, Sago Norichika, Takahiro Tanaka, Evolution of the Carter constant for a resonant inspiral into a Kerr black hole: I. The scalar case, Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2013, 6, 063E01, arXiv:1302.4035 [gr-qc], 2013.06.
5. Soichiro Isoyama, Ryuichi Fujita, Norichika Sago, Hideyuki Tagoshi, Takahiro Tanaka, Impact of the second order self-forces on the dephasing of the gravitational waves from quasi-circular extreme mass-ratio inspirals, Physical Review D, 87, 2, 024010, 2013.01.
6. Sarp Akcay, Leor Barack, Thibault Damour, Norichika Sago , Gravitational self-force and the effective-one-body formalism between the innermost stable circular orbit and the light ring, Physical Review D, 10.1103/PhysRevD.86.104041, 86, 104041, 2012.11.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
1. 佐合 紀親, 重力波初観測を受けて: その成果と意義, 日本物理教育学会九州支部, 本解説は、2016年3月に熊本大学で開催された日本物理教育学会九州支部研究大会における特別講演の予稿として執筆したものである。, 2016 年 2 月 11 日、物理学の歴史に新たな 1 ページが加わった。カリフォルニア工科大学、マサチューセッツ工科大学などの研究チームにより、人類史上初となる重力波の直接検出が報告されたのである。アインシュタインによって重力波の概念が提唱されてから約 100 年、待ちに待ったこの快挙に、物理学者のみならず世界中の人々が注目した。この研究成果は、フィジカル・レビュー・レター誌に掲載された論文とその関連論文にまとめられている。本稿では、これらの文献を基に、今回検出された重力波について簡単に紹介する。.
主要学会発表等
1. Norichika Sago, Status of Japanese working group for LISA science, RESCEU Workshop "Space Gravitational-Wave Detection", 2019.03.
2. 佐合紀親, 藤田龍一, ブラックホール時空を運動するスピン粒子の重力波放射:スピン2次精度の計算, 日本物理学会第74回年次大会, 2019.03.
3. Norichika Sago, Gravitational radiation from a spinning particle orbiting a Kerr black hole, The 28th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, 2018.11.
4. 佐合 紀親, 藤田 龍一, ブラックホール時空を運動するスピン粒子の重力波放射:歳差運動ありの場合, 日本物理学会 第73回年次大会, 2018.03.
5. 佐合 紀親, EMRIからの重力波, KEK-Cosmo 2018 Workshop 「宇宙重力波検出への期待」, 2018.01.
6. 佐合 紀親, 重力波輻射の反作用力について, 相対論宇宙論 東北研究会 2017(招待講演), 2017.09.
7. 佐合 紀親, 藤田 龍一, ブラックホール時空を運動するスピン粒子の重力波放射:赤道面円軌道、歳差運動なしの場合, 物理学会第72回年次大会, 2017.03.
8. 佐合 紀親, Gravitational waves from a spinning particle orbiting a Kerr black hole, Compact stars and gravitational waves, 2016.11.
9. 佐合 紀親, Gravitational waves from a spinning particle in Kerr spacetime, Spanish-Portuguese Relativity Meeting, 2016.09.
10. 佐合 紀親, ブラックホール時空におけるスピン粒子の重力波放射, 日本物理学会, 2016.03, ブラックホール時空中を運動する粒子が放出する重力波について考える。これまでに、粒子が質点の場合について、断熱近似法に基づいた重力波のエネルギー、角運動量フラックスを計算することが可能となっている。本研究では、この計算を粒子がスピンをもつ場合へ拡張する。スピン粒子の運動は、ポール・ダイポール近似の下でMathisson–Papapetrou方程式により記述される。この方程式に従うスピン粒子を波源として、重力波のエネルギー、角運動量フラックスを計算する。.
11. 佐合 紀親, Calculation of radiation reaction effect on orbital parameters in Kerr spacetime, 18th Capra Meeting on Radiation Reaction in General Relativity, 2015.07.
12. 佐合 紀親, Leor Barack, ブラックホール摂動のモノポールモード問題について, 日本物理学会第70回年次大会, 2015.03, ブラックホール時空における質点の運動を記述する手法として、ブラックホール摂動法に基づく自己力描像が知られている。この手法で重力場摂動や自己力を計算する時に、背景時空の対称性を利用してモード展開するのが一般的である。この際、モノポール、ダイポールモードに関しては、他のモードとは別途に取り扱う必要がある。
本発表では、シュバルツシルト時空において非束縛軌道を運動する質点が作る摂動に注目し、そのモノポールモードを取り扱う方法について報告する。.
13. 佐合 紀親, 磯山 総一郎, 藤田 龍一, 中野 寛之, 田中 貴浩, カー時空における質点の運動のハミルトン形式による定式化, 日本物理学会第69回年次大会, 2014.03, カー時空における質点の運動を記述する有用な手法として、ブラックホール摂動法に基づく自己力描像が知られている。この手法は多くの成果を挙げているが、二次精度の摂動への拡張、共鳴軌道の取扱い、現実的な計算にかかるコスト等、解決しなければならない問題も多数ある。
この様な問題の解決の糸口を探るため、我々はハミルトン形式による質点の運動の新たな定式化を提案する。この定式の下で、軌道の永年発展はハミルトン関数の相互作用項の長時間平均で記述される。この量はゲージ不変であるため、計算にTeukolsky形式を用いることができるという利点がある。
以上の点について、本発表で紹介した。.
14. 佐合 紀親, カー時空における軌道の断熱的発展: 高次補正項の計算, 日本物理学会, 2013.03, これまでの研究(雁津他, 2007)において、カー時空における傾斜した楕円軌道に対する三つの運動パラメータの時間発展が計算が可能になった。しかし、実際に利用可能な公式は低次補正にとどまっている。本発表では、ブラックホールへの重力波吸収の効果を含めた高次補正を導出する。.
15. Norichika Sago, Calculation of radiation reaction effect on orbital parameters in Kerr spacetime, Nishinomiya Yukawa Symposium: New Waves in Gravity and Cosmology, 2012.12.
16. 佐合紀親, N.Warburton, S.Akcay, L.Barack, J.R.Gair, シュバルツシルト時空における質点の軌道発展, 日本物理学会, 2012.09, 最近の研究において、大きな質量比を持つブラックホール連星の軌道進化をブラックホール摂動法を基にした数値計算により評価することが可能になった。この計算では、重力的自己力の効果を軌道進化に反映させるために接触軌道近似を用いている。本発表では、この数値計算の結果を報告する。また、断熱近似による結果と比較することで、自己力の保存力成分による補正の重要性について議論する。.
学会活動
所属学会名
日本物理教育学会
理論天文学宇宙物理学懇談会
日本物理学会
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2019.03.14~2019.03.17, 日本物理学会第74回年次大会, 座長.
2017.03.17~2017.03.20, 日本物理学会第72回年次大会, 座長(Chairmanship).
2015.08.08~2015.08.09, 日本物理教育学会 第32回物理教育研究大会, 座長(Chairmanship).
2015.06.29~2015.07.02, 18th Capra Meeting on Radiation Reaction in General Relativity, 座長(Chairmanship).
2015.08.08~2015.08.09, 2015年度 日本物理教育学会年会 第32回 物理教育研究大会, 研究大会実行委員.
2015.06.22~2015.07.10, Molecule-type workshop on "Radiation Reaction in General Relativity", Local organizer.
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2018年度      
2017年度      
2016年度      
2015年度      
2014年度      
2013年度      
2012年度      
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2016年度~2018年度, 基盤研究(C), 代表, ブラックホール時空におけるスピン粒子の軌道変化の研究.
2013年度~2015年度, 若手研究(B), 代表, ブラックホール摂動法に基づく相対論的連星の研究.

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