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2021 Fiscal Year Research-status Report

Generation of small-scale fluctuations in the early universe and production of dark matter

Research Project

Project/Area Number 21K03567
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

川崎 雅裕  東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords原始ブラックホール / オシロン / Qボール / 宇宙初期の元素合成
Outline of Annual Research Achievements

今年度は原始ブラックホールの空間分布とノントポロジカルの一つであるオシロンとQボールに関する研究をおこなった。原始ブラックホールに関しては,アフレック・ダイン機構に基づくブラックホール生成モデルについて,このモデルではブラックホールが空間的に非一様に作られることを示し,定量的に空間相関を求める定式化を行った。この定式化に基づいて原始ブラックホールが作る等曲率揺らぎを評価し,宇宙マイクロ波背景放射から厳しい制限が得られることを明らかにした。さらに,ブラックホール連星の合体率を空間相関を考慮して再評価してブラックホールが一様に分布する場合と大きく異なることを示した。
非常に軽い質量を持つアクシオン模型におけるオシロンの崩壊を格子シミュレーションを用いて詳しく調べ,崩壊後のアクシオンの速度分布を求め,アクシオンの平均自由行程を評価し,それが宇宙の小スケール揺らぎを減衰させることを明らかにして,密度揺らぎの観測からアクシオンの質量,オシロンの寿命に対して制限が得られることを示した。
観測グループと協力して宇宙初期に生成されたヘリウム4の原始存在比を推定し,従来より低い存在比を求め,それが宇宙が大きなレプトン非対称性を示唆することを示した。さらに,超対称性理論の枠組みで大きなレプトン数を宇宙に生成する模型をレプトン数を持ったQボール(Lボール)を用いて構築し,宇宙のバリオン数の観測と矛盾なくレプトン数が生成されることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍によって対面による議論が制限された中でも,共同研究を進めることができ,原始ブラックホールの空間分布に関して新たな知見が得られ,アクシオン模型におけるオシロンが小スケール揺らぎに与える新たな影響を明らかにすることができた。また,宇宙のレプトン数非対称性の可能性をそれを実現する理論モデルが構築することができた。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究を継続して,原始ブラックホールの生成模型発展させていくとともに,ノントポロジカル・ソリトンの小スケール揺らぎに対する影響を探求していく。また宇宙のレプトン数に関する宇宙論的理解を進める。

Causes of Carryover

数値シミュレーションのための高性能計算機を購入する予定であったが,計算機の発売が遅れたため購入することができなく,未使用額が生じた。翌年度の助成金と合わせて購入する予定である。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Physics of star-formation history and the luminosity function of galaxies therefrom2022

    • Author(s)
      Fukugita Masataka、Kawasaki Masahiro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 513 Pages: 8~14

    • DOI

      10.1093/mnras/stac774

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Constraints on small-scale primordial density fluctuation from cosmic microwave background through dark matter annihilation2022

    • Author(s)
      Kawasaki Masahiro、Nakatsuka Hiromasa、Nakayama Kazunori
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2022 Pages: 061~061

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2022/03/061

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gravitational waves from type?II axion-like curvaton model and its implication for NANOGrav result2021

    • Author(s)
      Kawasaki Masahiro、Nakatsuka Hiromasa
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 023~023

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/05/023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revisiting CMB constraints on dark matter annihilation2021

    • Author(s)
      Kawasaki Masahiro、Nakatsuka Hiromasa、Nakayama Kazunori、Sekiguchi Toyokazu
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 015~015

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/12/015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strong clustering of primordial black holes from Affleck-Dine mechanism2021

    • Author(s)
      Kawasaki Masahiro、Murai Kai、Nakatsuka Hiromasa
    • Journal Title

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      Volume: 2021 Pages: 025~025

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/10/025

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Clustering of primordial black holes in Affleck-Dine mechanism2022

    • Author(s)
      Masahiro Kawasaki
    • Organizer
      New observational windows on the high-scale origin of matter-antimatter asymmetry
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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