拡張された重力理論による宇宙の加速膨張機構の探求

Research Project

Project/Area Number	21J13407
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	Rikkyo University
Principal Investigator	三嶋洋介立教大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000) Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	インフレーション / 初期宇宙 / 修正重力 / 修正重力理論 / 宇宙論
Outline of Research at the Start	インフレーション理論は宇宙初期の加速膨張を説明できる有力なシナリオであり、理論上実現可能なモデルが数多く提唱されてきた。これまでの偉大な観測結果から、中でもスローロール・インフレーションモデルが確からしいことは判明したが、それらのモデルが生成する原始重力波のスペクトル指数に対しては情報を得られていない。通例そのスペクトル指数は負となると考えられていたが、研究代表者の先行研究によって、一般的な枠組みの下でスローロール・インフレーションモデルを考える場合、原始重力波のスペクトル指数が正にもなり得ることが示された。新たな切り口となるこの性質に焦点を充て、インフレーションモデルの妥当性を検証する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は「原始重力波のスペクトル指数が正となるスローロール・インフレーションモデルの妥当性の探究」である。インフレーション理論は宇宙初期の加速膨張を説明できる有力なシナリオであり、理論上実現可能なモデルが数多く提唱されてきた。これまでの偉大な観測結果から、中でもスローロール・インフレーションモデルが確からしいことは判明したが、それらのモデルが生成する原始重力波のスペクトル指数に対しては情報を得られていない。通例はそのスペクトル指数は負となると考えられていたが、申請者の先行研究によって、一般的な枠組みの下でスローロール・インフレーションモデルを考える場合、原始重力波のスペクトル指数が正にもなり得ることが示された。この特徴を持つインフレーションモデルはまだ解明されていないことが多いため、インフレーション終了後に続く再加熱期を実現できるかという観点からモデルの妥当性を検証することを試みた。通例、再加熱過程は具体的なモデルを仮定して調べられる。しかし、インフラトンとアインシュタイン・ヒルベルト項が結合するモデルにおいて、その結合関数を具体的に仮定せず解析的にエネルギー移送を評価する先行研究があった。このアイデアを参考に、解析的な手法と数値計算を駆使することで物質場へのエネルギー移送量を調査した。結果として、インフラトンのポテンシャルに調整を要する傾向が見られ、一般に考えられる自然なポテンシャルを用いて再加熱を実現することは困難であるように思われる。現在明らかになっている良いモデルはガウス・ボンネ項と結合するモデルのみであるので、この曲率項がなぜ再加熱過程を実現できるのかという観点からスペクトル指数が正となる原始重力波を生成するインフレーションモデルを模索する余地はある。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。