2018 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetogenesis and the generation of primordial gravitatoinal waves during cosmic inflation
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17J09103
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤田 智弘 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 宇宙論 / 原始重力波 / 宇宙磁場 / インフレーション理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では初期宇宙において起こったと考えられているインフレーションの機構を解き明かすために宇宙磁場と背景重力波という２つの観測量に注目し、それらが生成されたメカニズムの理論を考案・精査することで初期宇宙に対する理解を深めていくことを目的としている。
まず背景重力波の研究に関しては昨年度までの研究をさらに推し進めた。初期宇宙においてSU(2)ゲージ場が重力波を作るシナリオに対しては、非線形のレベルまで含めた計算が可能になるフォーマリズムを確立して、それを用いて新しい観測量であるスカラーゆらぎと重力波の相互相関関数を求めた。また超弦理論が予言する未発見の物質である2-form場にも着目し、それが作り得る原始重力波についても調査した。2-form場から作られる重力波は、既知の物質場(e.g. U(1)ゲージ場)とは異なる統計的異方性を持つことを発見し、さらにそれを将来的な観測計画によってどの程度検出可能かを定量的に調べる論文を執筆した。
以上の研究は初期宇宙において物質場から作られる重力波を対象としているが、本年度はそれらに加え修正重力理論の１つであるmassive gravityにおける重力波の発展についても研究した。初期宇宙において重力子が大きな質量を持っていた場合、重力波の伝搬には大きな影響があり、現在の宇宙で観測される背景重力波スペクトルも変わる。それらを具体的に計算して、観測可能性を議論する論文も書いた。以上の重力波研究で合計５本の論文を書けた。
本年度の後半では学術振興会の海外渡航支援制度を用いて、スイスのジュネーブ大学に半年間滞在し、そこでのホスト研究者であるRuth Durrer教授と宇宙磁場の研究を行った。初期宇宙で磁場が生成され、それが発展して現在観測される宇宙磁場になるというシナリオに基づき、特に荷電粒子による磁場進化への影響を調べた論文を執筆した。
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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
本年度も原始重力波の研究は順調に進んだ。日本国内では、これまでの研究の延長に加えて、2-form場という新しい物質場から作られる重力波の計算と、さらに観測可能性を具体的に評価する共同研究を推進することができた。さらに国際共同研究として、オランダのアムステルダムにいる共同研究者と、SU(2)ゲージ場がつくることのできる重力波スペクトルを一般的に分類する仕事を完成させることができた。また、このように新しい機構で作られる重力波ではないが、従来考えられていた通りに真空ゆらぎ起源の重力波であっても、重力子が質量を持てば観測量に大きな影響がある可能性を指摘できたのも新しい展開であった。
一方で、本年度中にはまだ完成していないが、学術振興会の海外渡航支援制度を用いて滞在したジュネーブにおいて、いくつかの宇宙磁場に関する共同研究を立ち上げることができた。これらは宇宙磁場とプラズマの相互作用に着目して、今まで考えられてこなかった効果を取り入れようとする研究であり、学際的かつ新規性が高い。これらの研究も順調に進行してきていることから、自己評価を「おおむね順調に進展している。」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は本研究課題のテーマである原始重力波生成と初期磁場生成を独立に推し進めるだけでなく、それらが重複する可能性についても考えていきたい。すなわち磁場からの重力波生成である。
原始重力波の研究に関しては、重力子に質量をもたせるような修正重力理論であるmassive gravityの研究を進め、その特徴的な観測可能シグナルについて議論したい。また、物質場による重力波生成ではCMBだけでなく、LISA等の小スケール(高周波数)での観測計画が盛んに推進されていることも意識した方向の研究を考えている。
宇宙磁場の研究に関しては、昨年度の半年間のジュネーブ滞在で立ち上げた共同研究を完了させるために、少なくとも数度はジュネーブに渡航して研究打ち合わせを重ねる予定である。すでにホストのDurrer教授と２人で１本の論文は書き終わったが、よりプラズマ物理に近い学際的な研究はどうしても時間がかかってしまう。粘り強く進めていきたい。
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