2021 Fiscal Year Research-status Report
diverse galaxies from early formed supermassive black holes
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18K18765
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
森川 雅博 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 教授 (90192781)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 暗黒物質の分離 / BEC / スクイーズド状態 / コヒーレント状態 / ドライノイズ / 相転移 / 対称性の自発的破れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年までに，銀河を育てる原初超巨大ブラックホール（SMBH）を生成する機構がボーズ凝縮（BEC）した暗黒エネルギー(DE)又は暗黒物質(DM)であるというシナリオを作ったのだった．このBECについて，(a)実際のSMBH形成過程と(b)量子論にかかわる原理問題，の2視点から解析を進めた：
(a)実際のSMBH形成過程（DMとしてのBEC）
SMBH形成を阻害する最大の障壁は大きな角運動量である．前年は，引力相互作用を考慮してこの困難を切り抜ける方法を対案した．今回はもう一つ，DMが角運動量を潮汐効果で獲得する前に戻って，そこでのSMBH形成を考えることを提案した．これにより自然にSMBHがDMから形成されることが分かった．同時に，SMBH形成はDMのSMBHとダークハロー（DH）への分離過程であることを新たに認識し，その分離割合を計算して観測と比較した．観測で見出されているべき分布をある程度再現できた．
(b)量子論にかかわる原理問題（DEとしてのBEC）
物質の5態（BEC,個体，液体，気体，プラズマ）の最低温領域にBECは位置し，宇宙の重要な構成要素である．中でも一様に揃ったBECはDEだけでなく初期宇宙のインフレーション加速も担う基本的な存在である．そのダイナミクスを担うのは統計的揺らぎであり，それが量子力学の原理から導かれる過程を解明した．つまり，量子系が不安定性を持てばスクイーズド状態となり，SK理論から統計的揺らぎが出現する（dry noise）．もし相互作用があれば相空間内でエネルギーの流れ・カスケードが実現し，dry noiseがC数揺らぎとして実現する．これが源となってコヒーレント状態が出現し，不安定ポテンシャルによって拡大する．これが秩序変数としてふるまい，対称性の自発的破れや相転移を完結させる．これによると初期宇宙のインフラトンは大きな揺らぎを持つことになる．
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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
銀河を育てる原初超巨大ブラックホール（SMBH）を生成する機構は，ボーズ凝縮（BEC）であろうというシナリオは完成しつつある．ここで，BECに対する2つの基本的な視点を設定できたことは大きい．つまり，(a)実際のSMBH形成過程と(b)量子論にかかわる原理問題，の2つの視点である．さらにそれぞれ，DMとしてのBEC，DEとしてのBEC，という視点でもある．宇宙を構成する全物質のうち96％がこのように分類されるのである．
視点(a)において，我々はSMBH形成過程の解明に着目してきたが，それは，全体を見渡せば，BECがSMBHとDHへ分離する過程であることが明快になった．さらに回転するBECは渦糸を形成し，それはほとんど減衰しない渦度を持つ．これがMHDで記述される磁場中のプラズマジェット構造をアシストして，SMBHにほぼ普遍的に付随する宇宙ジェット(CJ)が生成するシナリオが可能になる．このように銀河を構成する普遍的構成要素の間の関係がついていく可能性を見いだせたことは大きな進展である．
視点(b)においては，銀河形成初期の宇宙におけるBECの属性と，実験室におけるBEC相転移とが共通に持つ重要な量子力学的属性が明快になったことは大きな進展である．特に，量子力学系においてスクイージングが普遍的で重要であり，それが作る揺らぎがコヒーレント状態を産み，対称性の自発的破れに繋がっていく普遍的な流れは，初期の厳密な対称状態が人為的な操作なしに自律的に対称性を破っていく過程の提案は初めてである．これに関連して，量子力学的揺らぎと統計的揺らぎとは区別できないと教科書では書かれているが，ちゃんと区別できるものであることは大きい．さらに，量子力学の観測問題や測定器の物理的記述，量子電磁力学における漸近状態にコヒーレント状態が現れるダイナミクス，など，新たな発展の方向性を見いだせたことは大きい．
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| Strategy for Future Research Activity |
銀河を育てるSMBHの当初の研究は，(a)応用・(b)原理の大きく2つの方向性が見えてきた．それぞれに重要な推進方策がある．
(a)応用面では，銀河を構成するいろいろな構造（SMBH,DH,CJ,GC,星など）の相互関連を解明していく．そのシナリオこうである：SMBHとDHはBECから分離し，回転しているBECはCJをアシストする．特にCJの収束性と光速までの加速に対して現在理論がないのでそれを目指す．さらに，CJによって促進される星形成や球状星団（GC）形成，CJを通して育てられた星が作る全体としての銀河構造．これら一連の構造形成問題を整合的に解いて，このプロジェクトを締め括りたい．
(b)原理面では，BEC揺らぎや真空の揺らぎを統一的に記述し，量子・統計揺らぎも統一する．この揺らぎの原理の下に，次の2つの方向を考えている．
(b1)特に電磁気学における昔からの揺らぎの問題に挑戦する．QEDにおける赤外発散の問題が昔からあって，漸近的にコヒーレント状態を用意すれば発散が解消するという議論があるが，これを力学的に記述する．つまり用意するのではなく時間発展の結果として自然に表れてくる理論を作る．さらにもっと古い問題として，電流の揺らぎが持つピンクノイズの起源の問題がありいまだに解決していない．ピンクノイズも時間領域の赤外発散なので両者は同根である可能性がある．
(b2)さらにもっと古くから不可逆性の起源の問題がある．基礎理論は可逆だが現実世界は不可逆であるという矛盾をどう説明するかである．これを量子力学の観測問題と関連させて，解いてみたい．量子力学に現れるドライノイズを相互作用を通して実現する過程は，ふくすうの同等な状態から一つが選びだされるのだから，明らかに不可逆である．この状況を数式で表現すると，BECのSSBと同根となる．このように不可逆性の起源を量子力学的揺らぎから解明する．
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| Causes of Carryover |
国際会議に出席する計画が取りやめになった．国際会議地震が延期になった．
今年の6月末からドイツ・フライブルグのワークショップに出席予定
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Research Products
(5 results)
