2021 Fiscal Year Research-status Report
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19K03854
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
辻川 信二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30318802)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ダークエネルギー / ダークマター / 物質揺らぎ / スカラー・テンソル理論 / ベクトル・テンソル理論 / ブラックホール / 中性子星 / 重力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，ダークエネルギーがダークマターと結合している具体的な理論的な模型の構築を行った．特に，両者が4元速度の差を通じて相互作用している模型をラグランジアンレベルで具体的に構築した．この模型は，宇宙初期にダークエネルギーが暗黒輻射として振るまい，さらに宇宙後期にはダークマターの揺らぎの成長率を抑制することが可能な模型であり，標準的な宇宙項模型でのハッブル定数および物質揺らぎの振幅の観測的な不一致問題を改善することが予測される．実際に，宇宙背景輻射，Ia型超新星，バリオン音響振動などの観測データを用いた統計解析を行い，これらの不一致問題が緩和されることを示した．さらに我々の解析結果は，ダークエネルギーとダークマターが結合している可能性も示唆しており，これは宇宙の暗黒成分の起源に迫る上で極めて重要な意味を持つ．
さらに，スカラー場が重力と結合している一般的な枠組みであるホルンデスキ理論において，スカラー化したブラックホールや中性子星の安定性を議論するために，静的・球対称の背景時空において奇パリティと偶パリティの摂動に関する一般的な定式化を行なった．この取り扱いは，摂動に関するゲージを固定しない極めて一般的な解析であり，さらにゴーストやラプラシアン不安定性が存在しない条件を一般的に明らかにしたものである．この条件を今までに知られていたブラックホール解に適用することで，いくつかの解が不安定性から棄却されることを示した．
また，スカラー場と電磁場が結合した系において，帯電した星の電荷が大きくなると星に不安定性が生じ，自発的なスカラー化が起こることで星がより安定な状態に遷移することを示した．以上の成果は，全てPhysical Review D，Physics Letters Bなどの学術論文に出版されている．
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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
ダークエネルギーとダークマターが結合している模型をラグランジアンレベルで構築し，その模型に対して観測データを用いて統計解析を行い，ダークエネルギーとダークマターが結合している兆候を得たのは，今後の研究の進展の上で大きな意味を持つ．これにより，理論的かつ観測的に有効なダー クエネルギーとダークマターの模型を候補を絞り込むことが可能になるため，研究は順調に進展していると言える. また，スカラー化したブラックホールや中性子星に対して一般的な安定性条件を導出したことは，安定な星の候補を絞り込む上で重要な貢献をしたと考えられる．その成果は，連星系合体前の潮汐変形率の計算や連星系合体の後の準固有振動の計算にも応用できるため，強重力場中での一般相対論からのずれを探る意味でも重要な意味を持つ．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，ダークエネルギーとダークマターがエネルギーおよび運動量交換を行なっている一般的な模型を構築し，宇宙背景輻射，Ia型超新星，バリオン音響振動のデータだけでなく，重力レンズや大規模構造の成長率などのデータも含めた多様な観測データを用いて統計解析を行う．それにより，ハッブル定数および物質揺らぎの振幅の不一致問題を同時に解決する模型が存在するかについて明らかにする．
また，本年度に得られたブラックホール，中性子星の安定性の条件を用いて安定な強重力天体の解の選別を行う．さらに，安定な相対論的天体に対して，連星系合体の際の潮汐変形や，合体後の星の準固有振動の計算を行い，新しい場の自由度の兆候を探っていく.
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| Causes of Carryover |
研究成果の公表を予定していた研究会が新型コロナ感染症問題で中止となり，予定通りに研究成果の発表が行えなかったため．
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