Research on singularity problem in early universe

• Project/Area Number: 19J00294
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 吉田 大介 神戸大学, 理学研究科, 特別研究員(PD) (90849861)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 時空特異点 / 宇宙論 / 一般相対論 / 重力理論 / 初期宇宙論 / 特異点 / 初期宇宙

Outline of Research at the Start

時空特異点の回避は、超高エネルギー領域における未知の量子重力理論に期待する性質の一つです。しかしながら、そのような性質を反映した有効的な古典重力理論は未だ確立していません。本研究では超高エネルギー領域の重力理論の理解のため、これまで注目されていなかった非スカラー曲率特異点をも含む、あらゆる時空特異点の生じない有効古典重力理論の構築とその安定化をおこないます。さらに、上記の問題を解決した理論においてインフレーション宇宙論に応用し、密度ゆらぎの観測による、特異点解消の検証方法の提唱をおこないます。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、超高エネルギー領域の重力理論の理解のため、宇宙初期特異点の性質を解明し、あらゆる特異点を防ぐための機構を明らかにすることです。
これまでの研究において、「スカラー曲率特異点」と呼ばれる種類の特異点については、その生成を緩和するモデルが提唱できています。一方で、これとは異なる種類の「非スカラー曲率特異点」と呼ばれる特異点については、その性質が、最も単純な宇宙である一様等方宇宙の場合にしか明らかではありませんでした。本年度は、これまで一様等方宇宙に対して行っていた解析を、一様等方とは限らないより一般の宇宙へと拡張しました。その結果、一様等方でないような宇宙において「非スカラー曲率特異点」に分類される宇宙初期特異点が存在するかどうかの判別法を明らかにしました。
特に、この判別法により、前年度までの研究で得られていた、安定でかつスカラー曲率特異点を持たないような宇宙が、実は、非スカラー曲率特異点を持つということが明らかになりました。したがって、この結果はこれまでの枠組みがあらゆる特異点を解消する機構としては不十分であるを表しており、さらなる研究が必要であることが明らかになりました。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sun Yat-sen University(中国)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Journal Article] Quasinormal modes of charged black holes with corrections from nonlinear electrodynamics (2022)
  • Author(s): Nomura Kimihiro、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 105 Issue: 4 Pages: 044006-044006
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.044006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Past extendibility and initial singularity in Friedmann-Lema?tre-Robertson-Walker and Bianchi I spacetimes (2021)
  • Author(s): Nomura Kimihiro、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 2021 Issue: 07 Pages: 047-047
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/07/047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] String excitation by initial singularity of inflation (2021)
  • Author(s): Nishii Kanji、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 2021 Issue: 10
  • DOI: 10.1007/jhep10(2021)025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] O(d,d;Z) invariant Fierz-Pauli massive gravity (2021)
  • Author(s): Noumi Toshifumi、Saito Kaishu、Soda Jiro、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 103 Issue: 4 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.046011
  • NAID: 120006993638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stability of magnetic black holes in general nonlinear electrodynamics (2020)
  • Author(s): Nomura Kimihiro、Yoshida Daisuke、Soda Jiro
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 101 Issue: 12 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.124026
  • NAID: 120006894041
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Theories with limited extrinsic curvature and a nonsingular anisotropic universe (2020)
  • Author(s): Sakakihara Yuki、Yoshida Daisuke、Takahashi Kazufumi、Quintin Jerome
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 102 Issue: 8 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1103/physrevd.102.084004
  • NAID: 120006938926
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ghost-free resummation of gravitational interactions of a two-form gauge field (2020)
  • Author(s): Takahashi Kazufumi、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 101 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.101.024049
  • NAID: 120006796522
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cuscuton gravity as a classically stable limiting curvature theory (2020)
  • Author(s): Quintin Jerome、Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 2020 Issue: 02 Pages: 016-016
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/02/016
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two-form gauge theory dual to scalar-tensor theory (2019)
  • Author(s): Yoshida Daisuke
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Issue: 8
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.084047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Birth of de Sitter universe from a time crystal universe (2019)
  • Author(s): Yoshida Daisuke、Soda Jiro
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 100 Issue: 12 Pages: 123531-123531
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.123531
  • NAID: 120006796517
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Spacetime singularity in accelerated universe (2022)
  • Author(s): Daisuke Yoshida
  • Organizer: Kagoshima Workshop on Quantum Aspects of Gravitation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Classification of initial singularity (2022)
  • Author(s): Daisuke Yoshida
  • Organizer: Dawn of Gravitational-wave Cosmology and Theory of Gravity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 量子補正を加えた光の軌道に基づく時空の因果構造 (2021)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 京阪神ブラックホール研究会
  • Invited
• [Presentation] Singularity theorem for non-singular universe (2021)
  • Author(s): Daisuke Yoshida
  • Organizer: JGRG30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] インフレーション宇宙と特異点 (2021)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 第22回特異点研究会
• [Presentation] T双対性を持ったmassive gravity (2021)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会(2021)
• [Presentation] Classification of initial singulairty (2020)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: online JGRG workshop 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stability of Charged Black Holes in Nonlinear Electrodynamics (2020)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 4th Korea-Japan bilateral workshop on string axion cosmology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Birth of de Sitter Universe from a time crystal Universe (2020)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] インフレーション宇宙における初期特異点 (2019)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Singularities in inflationary Universes (2019)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: Potor-6
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electromagnetic duality for scalar-tensor theory (2019)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: 3rd Korea-Japan bilateral workshop on string axion cosmology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Birth of de Sitter Universe from time crystal (2019)
  • Author(s): 吉田大介
  • Organizer: JGRG29,
  • Int'l Joint Research