2019 Fiscal Year Research-status Report
Generation and evolution of dark matter in the inflationary universe
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17K05434
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川崎 雅裕 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原始ブラックホール / ノントポロジカルソリトン / アクシオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は原始ブラックホールの生成とノントポロジカル・ソリトンであるオシロンに関する研究を行った。
10の4乗から10の5乗太陽質量の原始ブラックホールは超巨大ブラックホールの種となると考えられてるが、原始ブラックホールがガウス的な密度揺らぎから生成される場合には、同時に宇宙背景放射のスペクトルの変形を引き起こし、観測と矛盾するという問題があった。そこで、前年度に構築したアフレック・ダイン機構に基づいて大きな非ガウス性を持った密度揺らぎを生成することができる模型を用いて、宇宙背景放射の観測と矛盾することなく超巨大ブラックホールの種となる原始ブラックホールが生成できることを明らかにした。
オシロンは実スカラー場の理論で現れるノントポロジカル・ソリトンで長寿命であることが知られている。しかし、その寿命を解析的に求めることは困難であった。そこで、古典的スカラー場の理論に基づいてオシロンからのスカラー波の放出を評価することによってオシロンの崩壊率に対する定式化を行った。また、解析的に求めた崩壊率を格子計算位よるシミュレーションから求めた崩壊率を比較してよく一致していることを示した。さらに、非常に軽い質量を持つアクシオン模型において、宇宙初期にわずかなアクシオン場の揺らぎからオシロンが生成されることをシミュレーションによって明らかにし、その崩壊率を解析的に評価し、アクシオン場から生成されるオシロンの寿命が宇宙年齢程度になり構造形成に影響を与え、さらにオシロン自体が暗黒物質になる可能性があることを示した。
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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
超巨大ブラックホールの種となる原始ブラックホール生成模型の構築に成功し、暗黒物質の有力な候補となっているアクシオンがノントポロジカルソルトンの1つであるオシロンを形成することを示すことができたなど暗黒物質に対する新たな知見を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
原始ブラックホールの研究をこのまま継続し、研究計画にしたがって、ブラックホールへの物質の膠着による宇宙背景放射に対する影響を調べる研究を行う予定である。また、暗黒物質に関してもその対消滅が宇宙の電離史や宇宙背景放射に与える影響を調べる。
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