高次摂動論を用いた宇宙の大規模構造の起源と進化の多角的検証

• Project/Area Number: 17J10553
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 嵯峨 承平 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 観測的宇宙論 / 宇宙の大規模構造 / ダークマター / 宇宙磁場 / 大規模構造 / 宇宙マイクロ波背景放射

Outline of Annual Research Achievements

観測される銀河分布が見かけ上観測者の視線方向に対して非等方になる，赤方偏移空間ゆがみと呼ばれる効果は，近年，宇宙論的スケールでの一般相対論のテストで注目されている．ただし，分光観測で測定される銀河の赤方偏移は，ドップラー効果以外に，重力赤方偏移などといった相対論的効果も一般的に含みうる．将来の高精度観測でそうした効果による銀河分布の非等方性を検出できれば，重力理論の新しい検証が切り拓ける可能性がある．
われわれは，国外の共同研究者による宇宙論的N体シミュレーションを用いて小さなスケールの非線形領域までの相対論的赤方偏移の効果を取り入れた検証を行った．これによって，線形理論を越えた領域で相対論的赤方偏移の効果についての知見を得ることが可能となった．
興味深いことに，シミュレーションに基づく結果は，線形理論を越えた領域では相対論的効果が重要な寄与をすることを明らかにした．すなわち，相対論的効果による観測的な非等方性の，特に線形領域を越えた取り扱いが，将来観測から宇宙論的な情報を引き出す上で，重要な課題であることを明らかにした．
以上の先行研究のもとで，われわれはシミュレーションを説明することができる相対論的赤方偏移効果のモデル構築に取り組んだ．
具体的には，ラグランジュ的描像に基づくラングランジュ的摂動論を利用することによって，われわれは，相対論的効果を取り入れた準線形理論モデルを構築することに成功した．この準線形理論モデルはN体シミュレーションで測定された赤方偏移空間の非等方性をうまく説明することに成功した．
このモデルによって，将来的には大規模構造の観測から新しい相対論的効果のシグナルを適切に取り出すことを可能とし，相対論のテストや暗黒エネルギーの性質の検証に利用されると期待している．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] パリ天文台/Laboratoire d’Astrophysique de Marseille(フランス)
• [Int'l Joint Research] パリ天体物理学研究所(フランス)
• [Journal Article] Wide-angle redshift-space distortions at quasi-linear scales: cross-correlation functions from Zel’dovich approximation (2019)
  • Author(s): Taruya Atsushi、Saga Shohei、Breton Michel-Andr?s、Rasera Yann、Fujita Tomohiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 491 Issue: 3 Pages: 4162-4179
  • DOI: 10.1093/mnras/stz3272
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Secondary CMB temperature anisotropies from magnetic reheating (2019)
  • Author(s): Saga Shohei、Ota Atsuhisa、Tashiro Hiroyuki、Yokoyama Shuichiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 490 Issue: 3 Pages: 4419-4427
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2882
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CMB Constraints on Stochastic Gravitational-Wave Background at Mpc scales (2019)
  • Author(s): Toshiya Namikawa, Shohei Saga, Daisuke Yamauchi, Atsushi Taruya
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Issue: 2 Pages: 021303-021303
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.021303
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Imprints of relativistic effects on the asymmetry of the halo cross-correlation function: from linear to non-linear scales (2018)
  • Author(s): Breton Michel-Andr?s、Rasera Yann、Taruya Atsushi、Lacombe Osmin、Saga Shohei
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 483 Issue: 2 Pages: 2671-2696
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3206
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lagrangian Cosmological Perturbation Theory at Shell Crossing (2018)
  • Author(s): Saga Shohei、Taruya Atsushi、Colombi Stphane
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 121 Issue: 24 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.241302
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Limits on primordial magnetic fields from direct detection experiments of gravitational wave background (2018)
  • Author(s): Saga, Shohei and Tashiro, Hiroyuki and Yokoyama, Shuichiro
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 98 Issue: 8 Pages: 83518-83518
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.083518
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Weak lensing from self-ordering scalar fields (2017)
  • Author(s): Saga Shohei、Horiguchi Kouichirou、Ichiki Kiyotomo
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 95 Issue: 12 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.123524
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Magnetic reheating (2017)
  • Author(s): Saga Shohei、Tashiro Hiroyuki、Yokoyama Shuichiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters Volume: 474 Issue: 1 Pages: L52-L55
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slx195
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 観測的相対論効果によって生じる大規模構造の双極子的非等方性の準線形理論モデル (2019)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: 日本天文学会 2019年秋季年会
• [Presentation] Describing phase-space structure of cold dark matter at shell-crossing (2019)
  • Author(s): 嵯峨承平, 樽家篤史, Stephane Colombi
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Presentation] Shell-crossing structure of cold dark matter with Lagrangian perturbation theory (2018)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: COSMO18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lagrangian perturbation theory at shell-crossing (2018)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: CosKASI-ICG-NAOC-YITP joint workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Describing shell-crossing structure in cosmological Vlasov-Poisson dynamics (2018)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: 8th KIAS workshop on Cosmology and Structure Formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] New constraints on small-scale primordial magnetic fields from Magnetic Reheating (2018)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: Yukawa long-term workshop Gravity and Cosmology 2018 (GC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙初期における磁場散逸によるエントロピー生成:小スケール原始磁場への新しい制限 (2018)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: 日本天文学会 2018年春季年会
• [Presentation] New constraints on the primordial magnetic fields from magnetic reheating (2017)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: COSMO17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The observables of the second-order vector mode (2017)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: Next-generation cosmology with large-scale structure: CosKASI-ICG-NAOC-YITP joint workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of the phase-space structure in the pre-collapse perturbation theory (2017)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: Collisionless Boltzmann (Vlasov) Equation and Modeling of Self-Gravitating Systems and Plasmas
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] New constraints on small-scale primordial magnetic fields (2017)
  • Author(s): 嵯峨承平
  • Organizer: CosPA2017
  • Int'l Joint Research