初期特異点のない新しい宇宙モデルとその観測的検証

• Project Area: Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
• Project/Area Number: 16H01102
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 小林 努 立教大学, 理学部, 准教授 (40580212)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 修正重力 / 初期特異点 / インフレーション / 宇宙論 / 初期宇宙 / 修正重力理論

Outline of Annual Research Achievements

初期特異点のない宇宙モデルのひとつの可能性として、mimetic重力理論にもとづくものが提唱された。mimetic重力理論とは、ある種の高階微分理論に対し非可逆な場の再定義をおこなうことで生成されるような新しい重力理論である。先行研究では、具体的な特定の理論にもとづいて実際に特異点のない宇宙論解、さらには特異点のないブラックホール解が構築されていた。
本年度は、この種の理論の拡張とその妥当性の検討をおこなった。
既存のmimetic重力理論をすべて包含するような大きなフレームワークを考案し、拡張mimetic重力と名付けた。ある一般的な「種理論」に対し非可逆な場の再定義をおこなうことで生成されるクラスの総称である。拡張mimetic重力のハミルトニアン解析をおこない、それが計量2自由度、スカラー1自由度からなる3自由度理論であることを示した。すなわち、拡張mimetic重力が近年提唱されている縮退高階スカラー・テンソル理論のうちの未知のクラスとなっていることを示した。続いて、拡張mimetic重力における一様等方宇宙の安定性解析をおこなった。そして、スカラー型摂動とテンソル型摂動のどちらか一方に必ず勾配不安定性が現れることを指摘した。これは、ホルンデスキ理論とディスフォーマル変換でつながっていないクラスの理論における宇宙論解がすべて不安定であるということの状況証拠になっている。
また、mimetic型の重力理論における宇宙論的摂動論の有効理論を構築し、上述のフレームワークからどのように外れれば安定な宇宙論解が可能かを議論した。

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

• [Journal Article] Healthy imperfect dark matter from effective theory of mimetic cosmological perturbations (2017)
  • Author(s): Hirano Shin'ichi、Nishi Sakine、Kobayashi Tsutomu
  • Journal Title: JCAP Volume: 2017 Issue: 07 Pages: 009-009
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/07/009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extended mimetic gravity: Hamiltonian analysis and gradient instabilities (2017)
  • Author(s): Takahashi Kazufumi、Kobayashi Tsutomu
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 2017 Issue: 11 Pages: 038-038
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2017/11/038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scale-invariant perturbations from NEC violation: A new variant of Galilean Genesis (2017)
  • Author(s): Sakine Nishi, Tsutomu Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review Volume: D95 Issue: 6 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.064001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Generalized multi-Galileons, covariantized new terms, and the no-go theorem for non-singular cosmologies (2017)
  • Author(s): Shingo Akama, Tsutomu Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review Volume: D95 Issue: 6 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.064011
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] General invertible transformation and physical degrees of freedom (2017)
  • Author(s): Kazufumi Takahashi, Hayato Motohashi, Teruaki Suyama, Tsutomu Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultra slow-roll G-inflation (2016)
  • Author(s): Shin'ichi Hirano, Tsutomu Kobayashi, Shuichiro Yokoyama
  • Journal Title: Physical Review Volume: D94 Issue: 10 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.103515
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generic instabilities of nonsingular cosmologies in Horndeski theory: A no-go theorem (2016)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review Volume: D94 Issue: 4 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.043511
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Extended mimetic gravity: Hamiltonian analysis and gradient instabilities" (2018)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Organizer: The first annual symposium of the innovative area "Gravitational Wave Physics and Astronomy: Genesis"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generic instabilities of non-singular cosmologies in Horndeski theory: a no-go theorem (2017)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Organizer: COSMO17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generic instabilities of non-singular cosmologies in second-order theories: A no-go theorem (2017)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Organizer: 新学術領域「なぜ宇宙は加速するのか?- 徹底的究明と将来への挑戦 -」
  • Place of Presentation: KEK(茨城県つくば市)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Primordial non-Gaussianities of gravitational waves beyond Horndeski (2016)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Organizer: 21st International Conference on General Relativity and Gravitation
  • Place of Presentation: Columbia University(New York, USA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generic instabilities of non-singular cosmologies in Horndeski theory: a no-go theorem (2016)
  • Author(s): Tsutomu Kobayashi
  • Organizer: JGRG26
  • Place of Presentation: Osaka City University(大阪府大阪市)
  • Int'l Joint Research