2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future - |
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15H05890
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
杉山 直 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (70222057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 隆彦 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (00282715)
野尻 伸一 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00432229)
市來 淨與 名古屋大学, 基礎理論研究センター, 助教 (10534480)
辻川 信二 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (30318802)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 宇宙論 / ダークエネルギー / 宇宙マイクロ波背景放射 / 宇宙大規模構造 / 修正重力理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、以下のような実績をあげた。
(1) ダークエネルギーの代わりとなる修正重力理論の代表である、スカラー・テンソル理論について、PLANCK衛星による最新の宇宙マイクロ波背景放射温度揺らぎの観測から、これまでにない厳しい制限をつけることに成功した。また、温度揺らぎに関係して、銀河団による偏光成分から、温度揺らぎを再構築する可能性を追求する研究を行った。
(2) ダークエネルギーの性質の解明をするために必要な宇宙論的観測量として、宇宙の大規模構造が有力である。その性質を精密に特徴づけるため、ラグランジュ描像に基づいた非線形摂動論についての基礎的な再帰関係式を、これまでで最も一般的な形で導出した。また、すばる望遠鏡を用いた宇宙論的サーベイFMOSプロジェクトの解析にも加わり、修正重力理論についての制限を行うなどした。
(3) ダークエネルギーの大きさが量子補正を考えると小さすぎる、という問題を解決するために提案されているユニモジュラー重力理論について、修正重力理論の一つであるF(R)重力理論に拡張し、膨張宇宙の発展がどのように変化するかを調べた。また、別な拡張として、位相的場の理論で解決するモデルを提案した。
(4) きわめて一般的な修正重力理論である、基礎方程式が2階微分に保たれるホルンデスキー理論を拡張した理論において、宇宙進化及び太陽系のような局所領域での重力結合の強さについて調べた。その場合には、宇宙の構造形成に関連する揺らぎの成長率が、観測と合うレベルで小さくできることを示した。さらに、モデルによっては局所天体の中心において曲率の発散が起こることを示し、そのような発散が起こらない条件を明らかにし、宇宙進化も含めて有効なパラメータ領域に制限を与えた。
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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
初年度ではあるものの、論文としての成果がすでに多く得られていること、次年度に向けた準備も進めていることから、おおむね順調に進展しているものと自己評価した。
まず、当初予定していた、加速膨張を説明するダークエネルギーモデルの提案と検討については、スカラーテンソル理論に対して、宇宙マイクロ波背景放射温度揺らぎから、これまでにない厳しい制限をつけるなど、一定の成果が得られている。これは、PLANCK衛星による新しいデータを用いたことが鍵となっている。宇宙晴れ上がり期の重力定数と現在の重力定数がわずか0.3%以上違っていると、観測と整合しないという結果は、極めて厳しい制限といえるであろう。
修正重力理論モデルの提案と検討については、野尻と辻川を中心に進められ、国際学術誌への論文発表としての成果も数多く得られている。とくに、非常に一般的な修正重力理論のセットを与えるホルンデスキー理論をさらに拡張し、それに対して、観測からの制限をつけたことは大きな成果であるといえる。
このように得られたモデルの検討を行うためには、観測との詳細な比較が鍵を握っている。例えば、重力レンズやバリオン音響振動など大規模構造の観測との比較をするためには、密度揺らぎの非線形成長を精密に求める必要がある。そこで、松原を中心に、ラグランジュ描像に基づいた揺らぎの非線形成長の研究を進めた。
さらなる具体的な観測との比較については、市来が中心となって準備を進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当該年度に得られた成果をさらに発展させる。具体的には、ダークエネルギーの理論モデルの提案とその観測に基づく制限、そして修正重力理論に基づく宇宙モデルの提案と検討である。
ダークエネルギー、そして修正重力の理論モデルの提案については、野尻と辻川が中心となって進めて行く。
モデルを検証するためには、重力を司るダークマターの重力成長を揺らぎの非線形段階まで追うことができるように、N体数値シミュレーションを実行する必要がある。これによって、重力レンズやバリオン音響振動など、宇宙大規模構造と関連した観測との比較が可能となるのである。そこで、すでにあるダークエネルギーが存在する場合だけでなく、修正重力理論に基づいた場合についても、N体数値シミュレーションコードを構築する必要がある。今後は、コード開発を重点的に行い、また、それを用いたモデルの検証を進めて行く。
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