2013 Fiscal Year Annual Research Report
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25287057
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
杉山 直 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70222057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市來 淨與 名古屋大学, 基礎理論研究センター, 助教 (10534480)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 宇宙磁場 / 構造形成 |
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| Research Abstract |
本年度は、密度揺らぎのベクトルモードに注目して、研究を進めた。とくに、宇宙膨張の加速を説明するために、ダークエネルギーの代わりに近年しばしば導入される修正重力理論において、ベクトルモードがどのように生成され、磁場形成へとつながるかについて、検討を行なった。具体的には、Einstein-aether重力理論において、aetherがベクトルモードのソースとなることに着目し、まず、ベクトルモードの揺らぎを精密に計算した。その結果得られた宇宙マイクロ波背景放射の温度揺らぎとBモード偏光についてWMAPの観測と比較し、aether場に対する制限を得る事に成功した。さらに、期待される磁場のパワースペクトルを計算し、特徴的なピークが3000万光年スケールに現れることを見出し、そこでの磁場が最大で10-22Gとなることがわかった。これは非常に小さい値だが、その後のダイナモ過程などを考慮すれば、現在の銀河磁場の「種」となるには十分な大きさかもしれない。
一方で、観測的に銀河間空間、とくにヴォイドと呼ばれる銀河の少ない領域での磁場の強度に制限をつける研究も進めた。具体的には、Mrk421というブレーザー（活動銀河核）から出されるTeVとGeVのガンマ線に着目した。MrK421から我々までの間に、エネルギーの高いTeVガンマ線は赤外線背景放射と相互採用を起こし、電子・陽電子対を生む可能性がある。電子・陽電子が宇宙マイクロ波背景放射の光子にエネルギーを与える事で、GeVガンマ線となって我々までに伝播する。もし磁場があると、電子・陽電子の経路を曲げ、GeVガンマ線到着に時間の遅れを生じる。GeVガンマ線そのものがFERMIガンマ線衛星に見られない事から、少なくとも10-20.5G以上の磁場があり、到着遅れを生じさせていると推論できるのである。
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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
交付申請書の「研究の目的」においては、宇宙磁場についての起源とその存在が宇宙論に及ぼす影響について検討を行なう、とある。実際に、今回、査読付き国際学術誌に発表した、修正重力理論において揺らぎのベクトルモードがどのように発展し、そこで磁場がどのように生成されうるのかを検証した研究は、まさに、この目的に合致するものである。実際に宇宙論に及ぼす影響として、宇宙マイクロ波背景放射の温度揺らぎや偏光成分のBモードなども計算し、観測との比較により、モデルのパラメターに制限をつけることもできた。
また、観測的に宇宙磁場に対して制限をつける研究は、どれだけの量が実際に生成されているのかを知ることができ、宇宙磁場の生成過程を調べる貴重な手がかりとなる。
その他、研究の目的にあげられている点、例えば、密度揺らぎの２次オーダーの定式化を完全に行い、そこで予想される磁場の強度や相関長などを求め、磁場生成モデルの検定を行なうことは、実際に現在進めているところであり、かなりの進展があったが、まだ論文としてまとめるには至っていない。これは、平成26年度に達成できると考えている。
以上のことから、当初の計画通り、ほぼおおむね順調に進展しているものと自己点検による評価をした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまで我々が提案してきた、密度揺らぎの２次摂動からの磁場の生成機構について、まず、必要な２次摂動について完全な定式化を行ない、その結果をもとに必要な数値計算を実行し、初期宇宙磁場のパワースペクトルを精密に求め、また合わせて宇宙マイクロ波背景放射の温度揺らぎや偏光を計算し、観測と比較対照する。
次に、構造の形成に対して宇宙磁場が及ぼす影響について検討をすすめる。具体的には、流体の球対称崩壊について、磁場がどのように影響を与えるかを解析的に調べるなどの研究をすすめていく。
さらに、最新の観測結果を出しつつあるオランドのLOFAR実験などと連携しつつ、赤方偏移した21cm線と宇宙磁場の関係などについて検討を加えていく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初予定していた、並列計算機サーバー・計算ノードが、当該年度には購入せず、次年度に購入予定に変更したため。研究の進展が、解析的研究を中心に進んだため、早急な計算ノードの追加が必要なかったことから、この変更が生じた。
前年度に購入しなかった計算ノードを購入する予定である。
合わせて、計算サーバのストレージについては、その空き状況を見ながら、購入するかどうかを検討していく。
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