Ｂｉｇｒａｖｉｔｙ理論の理論的研究及び観測的検証性

• Project/Area Number: 15J05540
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 青木 勝輝 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,730,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 重力理論 / 宇宙論 / ダークマター / 修正重力理論 / 宇宙物理 / ダークエネルギー

Outline of Annual Research Achievements

ダークマター・ダークエネルギーはその存在は宇宙観測によって確かとなっているが、これらの正体は未だに明らかになっていない。本年度は昨年度に我々が提案した質量をもった重力子によって宇宙のダークマターを説明する手法を発展させ3件の論文をPhysical Review Dに発表した。1件目ではダークマター（質量をもった重力子）とダークエネルギーの結合を考え、その結果現在の宇宙のダークマターとバリオン比が初期条件によらず自然に説明されることを示したものである。一方、2件目では昨年度の手法をより一般化させ、大スケールの宇宙磁場によって生成される宇宙の僅かな非等方性（コヒーレントな重力子）によってダークマターを説明できることを示した。3件目ではこれらの手法を使うことで、重力波の有質量モードが自己重力によって安定に局在した新たな真空解を見つけることに成功した。これは一般相対論と明らかに区別可能な現象を予言するという意味で興味深い。
さらに本研究課題で培った経験を使って、重力理論の拡張という大きな課題の下、現在投稿中および投稿準備中の論文として以下の研究を行っている。1つ目は一般相対論の正準形式と正準変換に注目したものである。我々は正準変換の自由度を使って全く新たな重力場と物質場の結合方法を提案した。これにより例えば一般相対論で問題となる宇宙初期特異点が回避可能であることを示した。一方で投稿準備中の内容は幾何学の拡張に基づいた一般相対論の拡張である。我々は独立量の特殊な関係を要請せず重力法則によって時空の幾何構造を決定する計量アフィン形式を用いて、インフレーション理論への応用やこれまで議論されてきたスカラーテンソル理論への新たな示唆を与えることに成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ワルシャワ大学(ポーランド)
• [Journal Article] Condensate of Massive Graviton and Dark Matter (2018)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda
  • Journal Title: Phys.Rev. D Volume: 97 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.044002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Massive Graviton Geons (2018)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, Yosuke Misonoh, Hirotada Okawa
  • Journal Title: Phys.Rev. D Volume: 97 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.044005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Massive graviton dark matter with environment dependent mass: A natural explanation of the dark matter-baryon ratio (2017)
  • Author(s): Aoki Katsuki , Mukohyama Shinji
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 96 Issue: 10
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.104039
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Massive gravitons as dark matter and gravitational waves (2016)
  • Author(s): Katsuki Aoki and Shinji Mukohyama
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 2 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.024001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Vainshtein mechanism in massive gravity nonlinear sigma models (2016)
  • Author(s): Katsuki Aoki and Shuntaro Mizno
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 6 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.064054
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Relativistic stars in bigravity theory (2016)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, and Makoto Tanabe
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW D Volume: 93,064054 Issue: 6 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.064054
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stability of the Early Universe in Bigravity Theory (2015)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, Ryo Namba
  • Journal Title: Physical Review Volume: D92 Issue: 4 Pages: 044054-044054
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.044054
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Massive Gravitons Geons: Self-gravitating massive gravitational waves (2018)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi. Maeda, Yosuke Misonoh and Hirotada Okawa
  • Organizer: GC2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Massive Graviton Geons (2018)
  • Author(s): 青木勝輝、前田恵一、御園生洋祐、大川博督
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] Massive Graviton Geons: Self-gravitating massive gravi- tational waves (2018)
  • Author(s): 青木勝輝、前田恵一、御園生洋祐、大川博督
  • Organizer: 第2 回若手による重力・宇宙論研究会
• [Presentation] Massive Gravitons as Dark Matter (2017)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, and Shinji Mukohyama
  • Organizer: CosPA2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Massive Gravitons and Dark Matter (2017)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, and Shinji Mukohyama
  • Organizer: The 21st annual International Conference on Particle Physics and Cosmology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 質量をもった重力子の凝縮とダークマター (2017)
  • Author(s): 青木勝輝、前田恵一
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] Vainshtein mechanism in massive gravity nonlinear sigma models (2016)
  • Author(s): Katsuki Aoki and Shuntaro Mizuno
  • Organizer: The 26th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • Place of Presentation: Osaka City University
  • Year and Date: 2016-10-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bigravitons as dark matter and gravitational waves (2016)
  • Author(s): 青木勝輝、向山信治
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Bigravitons as dark matter and gravitational waves (2016)
  • Author(s): Katsuki Aoki and Shinji Mukohyama
  • Organizer: 21st International Conference and General Relativity and Gravitation
  • Place of Presentation: Columbia University
  • Year and Date: 2016-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 修正重力理論におけるVainshtein機構の安定性解析 (2016)
  • Author(s): 青木勝輝、水野俊太郎
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Relativistic stars in the bigravity theory (2015)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, Makoto Tanabe
  • Organizer: The 25th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2015-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relativistic stars in bigravity (2015)
  • Author(s): 青木勝輝、前田恵一、田邊誠
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Cosmological and Astrophysical Vainshtein mechanism in bigravity (2015)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, Ryo Namba, Makoto Tanabe
  • Organizer: 2nd APCTP-TUS workshop on Dark Energy
  • Place of Presentation: 東京理科大学
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cosmological and Astrophysical Vainshtein mechanism in bigravity (2015)
  • Author(s): Katsuki Aoki, Kei-ichi Maeda, Ryo Namba, Makoto Tanabe
  • Organizer: Fourteenth Marcel Grossmann Meeting
  • Place of Presentation: University of Rome La Sapienza, イタリア
  • Year and Date: 2015-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 早稲田大学理論宇宙物理学研究室
  • URL: http://www.gravity.phys.waseda.ac.jp/
• [Remarks] 早稲田大学理論宇宙物理学研究室
  • URL: http://www.gravity.phys.waseda.ac.jp/prep.html