Generation of small-scale fluctuations in the early universe and production of dark matter
| Project/Area Number |
21K03567
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川崎 雅裕 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 原始ブラックホール / バリオン数生成 / 重力波 / オシロン / Qボール / 宇宙初期の元素合成 / ノントポロジカルソリトン / 宇宙摂動論 / 暗黒物質 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙初期に小スケールの密度揺らぎを生成するインフレーションモデルを構築し、揺らぎによって生成される原始ブラックホールの形成とクラスタリングを揺らぎの非ガウス性を考慮して調べるとともに、原始ブラックホールが暗黒物質になる可能性や重力波の生成を明らかにする。また、スカラー場の理論で存在するオシロンやQボールなどのノントポロジカル・ソリトンの形成を数値格子シミュレーションを用いて調べ、ソリトンが作る小スケール揺らぎの性質や宇宙論に与える影響を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙のバリオン数やレプトン数を生成するアフレック・ダイン機構に基づく原始ブラックホール生成模型について，原始ブラックホールを生成できない小さなスケールの高バリオン領域が正負のバリオン数を持ち，拡散によって対消滅することによって非一様なバリオン領域が生成される問題を避けることができるかどうかを詳しく調べ，高バリオン領域のクラスタリングの効果によって非一様性が消えずに宇宙初期の元素合成に矛盾することを明らかにした。また，それを解決する模型として，アフレック・ダイン機構によって大きなレプトン数をもった領域ができる模型を提案した。この模型では，高レプトン領域にノントポロジカル・ソリトンのQボールができることによって密度揺らぎが成長しブラックホールが生成され，その後Qボールが崩壊することによってバリオン非一様性の問題が解決できることを明らかにした。
最近観測されたヘリウム4の存在比の観測が宇宙のレプトン非対称を示唆することから，ノントポロジカル・ソリトンの一種であるQボールがレプトン数をもち，それが崩壊することによって大きなレプトン非対称性をもつ宇宙を実現する模型を構築した。さらに，この模型においてQボールが宇宙の密度を支配し物質優勢の宇宙を実現し，その後急激なQボールの崩壊によって輻射優勢の宇宙になることから曲率揺らぎの2次的な重力波の生成が増大することを明らかにし，将来の観測で検証できる可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
小スケールの揺らぎに関係した原始ブラックホールの生成について，宇宙のバリオン数やレプトン数生成機構と関連づけて興味深い模型を提案するとともに，その問題点と解決法を明らかにすることができた。
さらに，原始ブラックホールの模型で大きな役割を果たすQボールが宇宙のレプトン非対称性や重力波の生成にも大きな役割を果たすことを見出し，小スケールの揺らぎの研究の広がりを実現できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
小スケールの揺らぎに関係した原始ブラックホールの生成に関する研究をさらに発展させていくとともに，宇宙のレプトン非対称性の宇宙論的影響についてさらに探求する。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
