2016 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, 講師 (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 |
修正重力理論の中でも、重力定数の時間変化を予言するスカラーテンソル理論に着目し、宇宙論的摂動論を計算するコードを構築し、最新のPlanck衛星のデータを用いて重力定数の時間、空間変化がどの程度許されるのかについて研究を行った。Planck衛星では小角度スケールで精密にデータが取得されたことにより、制限は従来のものより一桁以上改善することが分かった。
次に、ベクトル場が重力と結合しているベクトルテンソル理論において、加速膨張解がアトラクターとなっているような暗黒エネルギーモデルの構築を行った。さらに、宇宙の大規模構造の進化と関連する密度揺らぎの進化を調べ、赤方偏移空間での揺らぎの成長率の観測と整合性のある進化が、ベクトルテンソル理論において実現されうることを示した。
場の量子論では真空のエネルギーに対し物質場からの非常に大きな量子補正があるが、観測される真空のエネルギーは極めて小さいため、これを実現するためには、非常に精密に理論のパラメーターを調整する必要があり、極めて不自然となる。この問題を考えるため、unimodular重力理論や位相的場の量子論を提案し、観測との整合性を調べた。
その他、mimetic重力理論、unimodular重力理論のF(R)重力への拡張、domain wall、新しい格子量子重力理論等の研究を行った。
最後に、CMB偏光を用いて、ダークエネルギー検証を行う可能性について検討を進めた。銀河団に存在する自由電子がCMBを散乱することによって生じるCMB偏光は、銀河団からみたCMBの四重極分布によって決まる。この偏光の情報を用いると、我々の位置から観測すべきCMB温度揺らぎの四重極と八重極が再構築できることが分かった。大角度スケールのCMB温度揺らぎはダークエネルギーの大きさに依存しており、ダークエネルギーの新しい検証方法となる可能性をもつ重要な結果である。
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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
二年目を終えた段階としては、極めて活発な研究論文発表が実現しており、順調に研究が推移しているものと判断する。
昨年度は、1月12日に、研究代表者、分担者が名古屋で一同に会する機会を持った。そこでは、これまでの研究成果の発表と、そして今後の研究の進め方などについて打ち合わせを行った。例えば、そこで提案された研究計画の一つとして、位相的場の理論に基づくダークエネルギーのモデルがある。このモデルには無限のBRS(Becchi-Rouet-Stora)対称性が存在している。そこで、打ち合わせの後、分担者の野尻と、代表者杉山のグループの博士研究員（本科研費で雇用）新田大輔が中心となって、このモデルの詳細検討を行い、BRS対称性のうち自発的に破れていないものは一つだけであることを見出し、また、そのモデルが宇宙論からの制限と生合成を持つかどうかを調べる研究を行った。この結果はすでに、arXiv:1702.07063として学術論文にまとめ、学術誌に投稿済みである。これは、野尻のグループの場の理論に基づく理論研究と、杉山のグループの観測的宇宙論の融合の良い例の一つとなっている。
また、本新学術領域研究の国際共同研究加速基金によって雇用をしているフランス人博士研究者も1月に着任をし、すでに研究集会で発表をするなど、順調に本研究計画への寄与をスタートさせている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度も、引き続き次の３つの課題に取り組んでいく。
(1) ダークエネルギーの理論モデルの提案と検討：昨年度までに構築した、一般的なベクトルテンソル理論に基づく暗黒エネルギー模型に対して，宇宙背景輻射，超新星，バリオン音響振動，赤方偏移空間での揺らぎの成長率の観測データなどから，模型に制限を与えていく．さらに，同理論をブラックホール解にも適用し，ベクトル場のhairが生えるような解が構築可能かを調べていく．
(2) 修正重力理論モデルの提案と検討：様々な修正重力理論の検証を現在の宇宙の加速膨張の他、宇宙初期のインフレーションの観測結果を使って行うため、重力波の伝播への影響や修正重力から現れうる暗黒物質候補の整合性、また更には宇宙の高次の密度揺らぎ等について研究を行う。高次の密度揺らぎの研究も合わせて行っていく。
(3) 修正重力理論に適用できる大規模数値計算コードを構築して、銀河ハローの質量分布や、バリオン音響振動などの観測量を求め観測と比較する。コード構築は、国際共同研究加速基金によって雇用をしているフランス人博士研究者が中心となって進めていく。
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[Journal Article] Cosmology in generalized Proca theories2016
Author(s)
Antonio De Felice, Lavinia Heisenberg, Ryotaro Kase, Shinji Mukohyama, Shinji Tsujikawa, Ying-li Zhang
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Journal Title
Journal of cosmology and astroparticle physics
Volume: 06
Pages: 048
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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