ブラックホールの振動が増えたり消えたりする謎を解明 ―約40年前から知られる重力波の未解決問題に決着―

2026-10-29 東京大学

東京大学宇宙線研究所と東京都立大学の研究グループは、回転ブラックホールから放出される重力波の特徴的な振動「準固有振動」が、特定の周波数付近で分岐したり消失したりする現象の物理的起源を解明した。この現象は約40年前から知られていたが、十分に説明されていなかった。研究チームは、ブラックホールの応答を記述するグリーン関数について、振動モードに対応する「極」だけでなく、応答がゼロになる「零点」も複素周波数空間の複数のリーマン面にわたって追跡し、理論解析と数値計算を行った。その結果、振動モードの分岐は、異なるモードが接近して反発する「擬交差」と、それに伴う共鳴励起によって生じ、振動の消失は極と零点が重なって打ち消し合う「ポールスキッピング」で説明できることを示した。また、零点がブラックホールのホーキング温度に関係する熱的な周波数と結びつくことも明らかにした。本成果は、重力波によるブラックホールの性質の解明や一般相対性理論の検証に加え、非エルミート物理や有限温度系の物理学との接点を広げるものである。

ブラックホールの振動が増えたり消えたりする謎を解明 ―約40年前から知られる重力波の未解決問題に決着―
連星ブラックホールの合体に伴う重力波とその特徴的な振動の起源を明らかにした本研究の概念図

<関連情報>

代数的に特別な周波数付近のカー準正規モードにおける極スキップ、交差回避、および共鳴励起 Pole skipping, avoided crossing, and resonant excitation in Kerr quasinormal modes near algebraically special frequencies

Kei-ichiro Kubota and Hayato Motohashi
Physical Review D  Published: 28 October, 2026
DOI:https://doi.org/10.1103/29n2-dsmr

Abstract

Kerr quasinormal modes near algebraically special frequencies exhibit anomalous behavior, including apparent bifurcation, disappearance, and a nonsmooth connection to the Schwarzschild limit, which has remained puzzling for decades. Tracking poles and zeros of Green-function building blocks across different Riemann sheets, we show that the bifurcation is due to an avoided crossing accompanied by resonant excitation, while the disappearance is due to pole skipping caused by cancellation of a quasinormal-mode pole by a Matsubara-mode zero. This resolves the physical origin of these long-standing anomalies.

1701物理及び化学
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