2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25287057
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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, 講師 (10534480)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 宇宙磁場 / 構造形成 / 初期宇宙 / 位相欠陥 / 非線形密度揺らぎ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず、これまでに我々が提案してきた、初期磁場の生成が密度揺らぎの2次摂動から生成される、というシナリオを徹底的に検証した。宇宙全体は平均的には一様等方であり、局所的に現れる密度揺らぎも、宇宙初期には小さなものであったと考えられる。そこで、現在の近くになって、揺らぎが重力的に十分成長するまでは、揺らぎの１次までしか考ずに計算することが可能である。このことは揺らぎの成長の計算を容易なものとする。しかし、１次までの揺らぎでは、磁場を作り出すのに必要なベクトルモード（回転成分）が成長しないために、磁場を生み出すことができない。そこで２次の揺らぎの効果を取り入れる必要が出てくるのである。これまでは、我々を含めて、計算の困難さから、２次揺らぎの一部の項しか取り入れずに生成される磁場の評価を行ってきた。ここで、初めて、すべての項をきちんと入れて、２次揺らぎによる磁場の完全な評価を行うことができたのである。その結果、２次の項同士の間に一部打ち消し合う効果が生じており、これまで考えられていたよりも生成される磁場が小スケールでは小さくなることが明らかになった。具体的に得られた磁場の強度は、銀河程度のスケールで、5 10^-24ガウスという値であった。
次に、初期宇宙で位相欠陥が生成された場合について、それによって生み出されるベクトルモードからの磁場生成を詳細に検討した。まず、グローバル・テクスチャーと呼ばれる位相欠陥について、非線形σモデルを用いて解析を行い、磁場強度のスケール依存性を求めた。次に、コズミック・ストリングについても、同様な解析を進め、磁場強度のスケール依存性を求めた。ここでは、主に、ストリングが集まってネットワークを作る場合について検討を行った。その結果、これら位相欠陥が生み出す磁場が、現在観測されている磁場のシードとなり得ることがわかった。
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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
これまで段階を踏み、項ごとに取り扱うことで、手順を踏んで、また時間をかけて計算をすすめてきた2次摂動による磁場生成機構について、すべての2次揺らぎの項をきちんと取り入れた完全な取扱いに成功し、磁場強度のスケール依存性（パワースペクトル）を計算できたことは特筆に値する。またその結果は、さまざまな2次揺らぎの項の単純な足し合わせではなく、項同士の間のキャンセルが起きるなど、予想より複雑な挙動をしており、得られたスペクトルも事前の予想と異なったものであったことは、興味深い。この結果は、査読付き国際学術誌(Physical Review D)に掲載されている。
また、初期宇宙の位相欠陥から生成される磁場についても、テクスチャーとコズミック・ストリング・ネットワークの場合について、きちんと評価して、パワースペクトルを得ることができた。こちらも、テクスチャーについては、査読付き国際学術誌に掲載されており、コズミック・ストリング・ネットワークは現在査読中である。
さらに、最初期星形成に伴う宇宙再加熱の時期での磁場形成についても研究を進めたが、こちらは共同研究者がフランスにおり、テロの影響で共同研究を完全にまとめるところまで至らなかった。現在も継続して研究を進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、テロの影響で共同研究が遅れてしまった最初期星形成に伴う宇宙再加熱の時期での磁場形成について研究をまとめる。フランスでの共同研究を進めるために、一部補助金を期間終了後も繰り越しさせていただいたので、今年度中にパリ南大学宇宙天体物理学研究所に滞在し、論文としてまとめる予定である。
磁場全般については、まだまだ多くの課題が残されている。例えば、近年、宇宙全体に10^-16ガウス程度の磁場が存在しているという観測が話題になっている。これが本当だとすると、我々の考えている2次揺らぎや位相欠陥などから生じる磁場の強度では説明がつかない。観測からの制限を満たす新たな機構を考案する必要があるのか、または、ダイナモ機構のように、いったん出来た磁場を増幅する機構が働いているのか、興味はつきない。今回の研究課題の実績をもとに、さらに宇宙磁場の謎にチャレンジしていく所存である。
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| Causes of Carryover |
当初、平成２８年１月に、パリ南大学において、共同研究者と研究打ち合わせを行う予定でいが、同時多発テロで渡航を取りやめた。その打ち合わせをあらためて、２８年度に行う。さらに、当該研究成果を報告するための国際会議が、平成２８年４月にドイツ・ガーヒング市で開催されることから、そこでの発表を行うための旅費が必要となる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
フランス・パリ市郊外にあるパリ南大学までの旅費及び滞在費と、ドイツ・ミュンヘン市郊外、ガーヒング市にあるMIAPP(Munich Institute for Astro- and Particle Physics)までの旅費と滞在費に使われる。
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