Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
近年LIGOなど大型重力波検出干渉計が稼働を始め,重力波の直接観測が可能になったことで,重力波による原始ブラックホール(PBH)形成の検証可能性が高まってきた。例えば申請者らは宇宙の冷たい暗黒物質(CDM)となり得る10の21乗グラム程度の小PBHが形成されるインフレーションモデルを提唱し,それが予言する宇宙論的背景重力波の観測がPBH=CDM説の検証に決定的な役割を果たすことを示した。本研究の目的は,こうした準備研究をさらに発展させ,様々なPBH形成モデルが予言する重力波を調べ,現在あるいは将来の重力波観測によってモデルを制限し,あるいは同定するための条件を明らかにすることである。
ここ数年の間に,原始ブラックホール(PBH)の形成の際の曲率揺らぎの統計的非ガウス性の重要性の認識が高まってきた。本研究は,その共通認識を育てるうえで大きな貢献をした。主な具体的成果は以下のとおりである。1.PBHが宇宙の暗黒物質となる具体的インフレーションモデル・非極小カ―バトンモデルを構成し,PBH形成が非摂動的非ガウス性で決まることを明らかにした。また,その曲率揺らぎに付随して発生する宇宙論的重力波を使って,2030年代に打ち上げ予定のスペース重力波検出器LISAによってモデルの検証可能であることを明らかにした。2.インフレーションを引き起こす場,インフラトン場のポテンシャルに,ほんの小さなステップが存在するだけで,その曲率揺らぎの確率分布が非摂動的非ガウス性を持つことを,簡単な例で明らかにした。さらに,モデルパラメーターによっては,たとえ揺らぎのスペクトルの振幅が大きくても,大きな曲率揺らぎの確率が完全にゼロとなり,通常のPBH形成が全く起こらないことがあることを示した。そして,この場合も含めて,このモデルではインフレーション最中にもブラックホールが形成される可能性を指摘した。3.地上重力波検出器LIGOなどによって中性子性ーブラックホール連星の合体からの重力波が観測されており,このブラックホールがPBHであるかどうかが,大きな課題であった。そこでこのブラックホールがPBHであるとする仮説を理論的に検証し,その可能性がほとんどありえないことを明確に示した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Int'l Joint Research (12 results) Journal Article (24 results) (of which Int'l Joint Research: 20 results, Peer Reviewed: 24 results, Open Access: 13 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 35 results, Invited: 36 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)
Physical Review D
Volume: 107 Issue: 8 Pages: 083517-083517
10.1103/physrevd.107.083517
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
Volume: 10 Issue: 10 Pages: 094-094
10.1088/1475-7516/2022/10/094
Journal of High Energy Physics
Volume: 8 Issue: 8 Pages: 210-210
10.1007/jhep08(2022)210
International Journal of Modern Physics D
Volume: 31 Issue: 14 Pages: 2242001-2242001
10.1142/s0218271822420019
Physics Letters B
Volume: 834 Pages: 137461-137461
10.1016/j.physletb.2022.137461
Volume: 105 Issue: 10 Pages: 103538-103538
10.1103/physrevd.105.103538
Volume: 105 Issue: 10 Pages: 103530-103530
10.1103/physrevd.105.103530
Physical Review Letters
Volume: 127 Issue: 25 Pages: 251301-251301
10.1103/physrevlett.127.251301
Volume: 823 Pages: 136722-136722
10.1016/j.physletb.2021.136722
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP)
Volume: 6 Issue: 06 Pages: 30-30
10.1088/1475-7516/2021/06/030
Volume: 103 Issue: 6 Pages: 63531-63531
10.1103/physrevd.103.063531
Volume: 4 Issue: 04 Pages: 62-62
10.1088/1475-7516/2021/04/062
Volume: 814 Pages: 136097-136097
10.1016/j.physletb.2021.136097
Volume: 819 Pages: 136427-136427
10.1016/j.physletb.2021.136427
Volume: 818 Pages: 136366-136366
10.1016/j.physletb.2021.136366
Volume: 102 Issue: 10 Pages: 103527-103527
10.1103/physrevd.102.103527
Volume: 2020 Issue: 08 Pages: 017-017
10.1088/1475-7516/2020/08/017
Volume: 2020 Issue: 09 Pages: 037-037
10.1088/1475-7516/2020/09/037
Volume: 7 Issue: 07 Pages: 59-59
10.1088/1475-7516/2020/07/059
Volume: 29 Issue: 12 Pages: 2050086-2050086
10.1142/s0218271820500868
Volume: 125 Issue: 18 Pages: 1-7
10.1103/physrevlett.125.181304
IJMPD
Volume: 29 Issue: 03 Pages: 2050026-2050026
10.1142/s0218271820500261
Volume: 102 Issue: 8 Pages: 083528-083528
10.1103/physrevd.102.083528
Progress of Theoretical and Experimental Physics
Volume: 2020 Issue: 4 Pages: 1-8
10.1093/ptep/ptaa028
https://db.ipmu.jp/member/personal/566en.html