2017 Fiscal Year Annual Research Report
超重力理論に基づいた非等方インフレーションの再構築とバースト的重力波生成
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17J00216
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
伊藤 飛鳥 神戸大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 重力波 / エキピロティック / インフレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重力波観測による高次元理論の検証可能性を探ることが研究目的であった。この目的のために、高次元から4次元へ次元を下げるときに現れるスカラー場(ラディオン)が、ゲージ場と普遍的に相互作用することに本研究では着目した。具体的に、インフレーション理論とサイクリック宇宙理論の2つの初期宇宙理論に着目して、それぞれの場合に重力波のスペクトラムへの予言を与えること成功した。
インフレーション宇宙において、ラディオンとゲージ場の相互作用によってMHz帯の重力波がつくりだされる可能性を明らかにした。そのスペクトルが鋭いピークをもつことから、観測において峻別可能であることを示唆した。もしそのようなスペクトルが観測されたならば、インフレーション理論を記述する高次元理論の探索を可能にするという点において意義のある研究成果である。
また、研究計画に記述のあった事項の具体的な進展としては、「エキピロティック宇宙論における修正された重力波分布を与える」という項目に関して、論文を論文雑誌Physics letter Bに出版した。エキピロティック宇宙論とは、宇宙が収縮と膨張を繰り返すサイクリック宇宙モデルの1つであり、インフレーション理論と並ぶ初期宇宙理論の候補である。両者の理論における初期重力波のスペクトラムの違いから、初期重力波の観測がサイクリック宇宙モデルを棄却すると考えられていたが、本研究ではその反例があることを示し、従来の常識を覆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成31年度において研究成果を出す予定であった「エキピロティック宇宙論における修正された重力波分布を与える」という項目に関して、すでに論文を出版し、国内外の研究会においてその研究成果を発表している。
さらに、研究計画になかった方向性の研究も進めることができて、ベクトル場を含むインフレーションモデルにおいてアインシュタイン方程式の厳密解を探しだすことに成功した。その成果は論文として論文雑誌Europian physical journal Cに出版し、日本物理学会第73回年次大会で発表した。
以上の研究成果から、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究実績の概要」でも述べたように、インフレーション理論とサイクリック宇宙モデルが、初期重力波の2点関数の観測によって峻別することが難しいことを既に明らかにした。この研究成果を踏まえて、初期重力波の3点関数に着目して研究を進めることを予定している。3点関数の観測は初期重力波の非ガウス性に関する情報を与えてくれる。一般に非ガウス性は各々のモデルによって異なるので、3点関数の観測によって初期宇宙理論(インフレーション理論やサイクリック宇宙モデル)の峻別が可能になる。
2018年度中に、初期重力波の3点関数の検出理論をつくることを目標とする。まず第1段階として、パルサータイミングアレイを用いた重力波の3点関数検出理論を構築する。1つのパルサーを用いたときの検出シグナルの角度依存性の議論に加えて、3つのパルサーを相関させたときの検出感度のパルサー間角度依存性を明らかにする。
さらに第2段階として、初期重力波3点関数検出理論を重力波干渉計へと適用し、パルサータイミングアレイのときと同様の議論をする。加えて、現存する干渉計実験である、LIGOとVIRGOを用いたときの具体的な検出感度の見積もりを与える。
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