長波長非線形重力現象から探る初期宇宙物理の理論的観測的研究

• Project/Area Number: 12J02236
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高水 裕一 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: インフレーション / Non-Gaussianity / 初期密度揺らぎ / Non-Gaussainity / 宇宙論的摂動論

Outline of Annual Research Achievements

インフラトンの正体を解明する上で、重要となる長波長非線形揺らぎの進化について、特に三点相関量の解析の研究を行ってきた。具体的には、インフレーション中にインフラトンの音速が時間変化することで生じる興味深い三点相関（Non-Gaussianity）を示す現象モデルの提案をした。2013年に公開されたPLANCK衛星のCMBデータによると、Non-Gaussianityは大きさとしては極めて小さく、原始揺らぎはほぼガウス分布に従うことが明らかとなった。しかし、波数空間で細かくみると局所的なNon-Gaussiantiyは依然観測から許されている。この音速が変化するモデルは二点相関量の解析で既に、ある波数領域に局在したピークのあるスペクトル(featureという)を示すことがわかっていたので、この三点相関量の解析ができると、将来的な観測データの詳細解析から波数空間で同様の特徴的なスペクトルを見つけることで、インフレーションの物理に大きな進展を与えることができると考えられる。
研究によってインフラトンの音速が変化する場合に大きなCMB featureを示す可能性があることが明らかとなった。従来は、その変化が急激な限定的な状況のみの解析しか行えなかったが、我々の定式化を用いることで、より一般的な状況にも応用することができた。
また観測面でのデータ解析の研究も同時に進めており、現在ケンブリッジ大学のPLANCKチームと共同研究をして、PLANCKデータを用いて局所的なCMB featureがdetectできるかの研究を行っている。通常、三点相関は波数空間で三角形の形を決めて、Non-Gaussianityの定量化を行っていたが、これを仮定せずにNon-Gaussianityを直接求める手法をとっている。この解析により、波数空間のある領域においてピークを示す期待していたfeatureが確認され大きな成果を得た。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Application of beyond delta N formalism -Varying sound speed (2014)
  • Author(s): 高水 裕一
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 89 Issue: 4 Pages: 043528-043536
  • DOI: 10.1103/physrevd.89.043528
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Application of beyond delta N formalism-Varying sound speed (2014)
  • Author(s): 高水裕一
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 89 Pages: 43528-43536
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Localized Features in Non-Gaussianity from Heavy Physics (2013)
  • Author(s): 齊藤 遼、高水 裕一
  • Journal Title: The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 1306 Issue: 06 Pages: 1-22
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2013/06/031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Beyond delta N formalism (2013)
  • Author(s): 成子篤、高水裕一、佐々木節
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: (掲載決定)(印刷中) Pages: 1-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonlinear superhorizon curvature perturbation in generic single-field inflation (2013)
  • Author(s): 高水裕一、小林努
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: (掲載決定)(印刷中) Pages: 1-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resonant Signatures of Heavy Scalar Fields in the Cosmic Microwave Background (2012)
  • Author(s): 齋藤遼、中島正裕、高水裕一、横山順一
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 1211 Issue: 11 Pages: 36-36
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2012/11/036
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Beyond delta N formalism (2014)
  • Author(s): Yuichi Takamizu
  • Organizer: UK Cosmo 14
  • Place of Presentation: Portsmouth UK
  • Year and Date: 2014-06-24
• [Presentation] Non-linear superhorizon perturbation and nonlinear gauge transformation (2012)
  • Author(s): 高水裕一
  • Organizer: 第22回「一般相対論と重力」研究会
  • Place of Presentation: 東京、東京大学
  • Year and Date: 2012-11-12
• [Presentation] 長波長揺らぎと非線形ゲージ変換 (2012)
  • Author(s): 高水裕一
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 京都、京都産業大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Remarks] homepage
  • URL: http://www.gravity.phys.waseda.ac.jp/takamizu/main.html