2020 Fiscal Year Research-status Report
Probing the Early Universe through Primordial Gravitational Waves Sourced by Matter Fields
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18K13537
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤田 智弘 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (20815857)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙論 / 重力波 / 宇宙の熱史 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では初期宇宙からやってくる原始重力波の新しい生成メカニズムと、作られた重力波の観測的性質を詳しく調べることが主なテーマである。SU(2)ゲージ場から放出される重力波の非ガウス性の詳細と、SU(3)以上のゲージ場が重力波を放出するかについては引き続き研究を進めている。本年度に成果が出た研究は以下の２つである。
(i)現在の宇宙において銀河間に非常に弱い磁場が存在する可能性が観測的に示唆されており、その起源を初期宇宙に求める研究が続けられている。初期宇宙に磁場を生成することは容易ではないが、いくつかうまくいく模型が知られている。それらを峻別するには新しい観測量が必要となる。今回私と共同研究者は、１つの磁場生成モデルにおいて生成された電磁場からさらに重力波が放出される過程を詳しく調べた。特に電場は宇宙が荷電粒子で満たされると消えてしまうものの、それまでには強電場が残っており２次摂動効果によって重力波を生成する。重力波のスペクトルを計算すると、将来の宇宙重力波望遠鏡で十分観測可能な重力波が生成されることが分かった。さらに、重力波の振幅とそのピーク周波数、残される磁場振幅との間には簡単な関係が成り立つため、将来的には重力波観測と磁場観測を組み合わせることによって、モデルの検証ができることを示した。
(ii)Dynamical Chern-Simon重力理論という拡張された重力理論において、振動するスカラー場が重力波と結合していると、伝搬する重力波がパラメータ共鳴を起こして増幅する可能性が先行研究によって指摘されていた。我々も同じ状況を精査し、もしスカラー場が空間的に一様に振動しているならば、強い共鳴増幅が起きることを確かめた。しかしながら、スカラー場の振動が場所によって異なる位相を持つ際には増幅は非常に弱くなることを発見した。
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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
４年間の若手科研費継続期間のうち、２年目・３年目は当初考えていなかった重力波生成機構を調べることができた。これは新しい共同研究者を得て、彼らの専門性と重力波というトピックを上手く組み合わせることができた結果だと言える。一方で、非常に強い原始重力波を出すことで知られている非可換ゲージ場については、その複雑さのため解析に時間がかかり、未だ論文としてまとめられていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度はこの若手科研費の最終年度であるので、集大成として非可換ゲージ場の重力波生成についていくつかの論文を完成させたい。既に協力な共同研究者を得て、研究はある程度進んでいる。昨年度、今年度はどちらも私の異動があって時間が削られてしまったが、来年度は新しい職場から動く予定もないので、じっくり腰を据えて研究できると期待している。
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| Causes of Carryover |
Covid-19による世界的なパンデミックのため、国内出張・海外出張ともにすべてできなくなったしまったため。特に、国際共同研究や国際学会での発表のための海外渡航に使用しようとしていた予算が全く使えなかった。来年度の状況も不透明であるが、現時点で少なくとも国内での移動は緩和されてきている。出張が可能になり次第、積極的に行っていきたい。また、来年度も海外出張は制限されることが予想されるため、オンラインやハイブリットの研究会を開催・参加する等して科研費を使用することも考慮する。
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