Inflationary universe in light of stochastic calculus, primordial black holes, and gravitational waves

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13918
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Tada Yuichiro 名古屋大学, 高等研究院(理), 特任助教 (90837022)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: インフレーション / 確率形式 / 原始ブラックホール / 重力波

Outline of Final Research Achievements

This research aimed to elucidate the mechanism of the inflationary universe from three perspectives: stochastic formalism, primordial black holes (PBHs), and gravitational waves (GWs). We have written a total of 16 original papers funded by this grant, and established methods for coarse-graining observable fields in stochastic formalism, estimating the PBH abundance from non-Gaussian initial fluctuations, and estimating the GW abundance in such cases. In recognition of these achievements, we are invited to contribute a chapter to the book "Black Holes in the Era of Gravitational-Wave Astronomy" and wrote the summary paper arXiv:2211.05767 on PBH together with Dr Escriva and Dr Kuhnel.

Free Research Field

宇宙論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙に満ちる暗黒物質の正体が未だ不明な中、その候補として原始 BH が注目を集めている。小惑星程度の質量の原始 BH であればこれまでの観測と矛盾なく暗黒物質を説明できる一方、その証拠を観測的に得ることは難しい。そこで副産物である重力波が間接的証拠として注目され、将来の宇宙望遠鏡 LISA で観測可能であることが示されている。本研究により原始 BH 量と重力波量のより定量的な関係性が明らかになり、実際に重力波が観測された際に原始 BH の間接的証拠としての根拠が強くなるとともに、インフレーション宇宙への示唆を得ることもできるようになった。