2013 Fiscal Year Research-status Report
拡張された重力理論における宇宙の加速膨張機構と三大物質組成の起源の研究
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25800136
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
馬塲 一晴 お茶の水女子大学, リーディング大学院推進センター, 特任講師 (60608719)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | インフレーション / 現在の宇宙の加速膨張 / F(R)重力理論 / テレパラレル重力理論 / F(T)重力理論 / bi-metric 重力理論 / バウンス宇宙論 / トレースアノマリー |
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| Research Abstract |
本年度は、F(R)重力理論においてインフレーションと現在の宇宙の加速膨張を統一的に説明することを目的として、F(R)重力理論に加え、捩れ率Tによって作用が記述される拡張テレパラレル重力理論（F(T)重力理論）や、互いに相互作用する二つの計量で作用が記述される bi-metric 重力理論での宇宙論を考察した。これらの研究はF(R)重力理論の研究と相補的であり、重要な意義を持つと考えられる。本年度の主な研究内容は次の三項目にまとめられる。
(1) 宇宙の始まりにバウンスが起こることによってビッグバン特異点が回避され、かつ現在の宇宙の加速膨張が実現されるF(R)重力理論モデルを再構築し、このバウンス解の安定性を解析した。またワイル変換に対して不変な二つのスカラー場の存在するスカラー場理論と同等なF(R)重力理論モデルを構築した。
(2) 我々は5次元時空理論であるカルツァ=クライン理論並びにランドール=サンドラム模型から4次元の実効的なF(T)重力理論を導出し、インフレーションと現在の宇宙の加速膨張の双方が実現されることを示した。さらに、拡張テレパラレル重力理論における共形変換の定式化を行い、宇宙の加速膨張解を導出した。加えて、拡張テレパラレル重力理論での重力波を考察し、一般相対性理論でのものと同じ性質を持つことを示した。
(3) アインシュタイン=ヒルベルト作用にトレースアノマリーと呼ばれる量子異常に起因したRの2乗項が加わった理論でのインフレーション模型（スタロビンスキーモデル）は、Planck衛星の観測をよく再現する。我々は、テレパラレル重力理論や bi-metric 重力理論でのトレースアノマリー起因のインフレーションを考察し、インフレーション解が存在すること、そしてその解が不安定であり、宇宙がインフレーション期から脱っし得ることを示した。
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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
本年度の研究では、インフレーションと現在の宇宙の加速膨張を統一的に説明
し得るF(R)重力理論モデルの一つの例を構築した。
さらに、新たな重力理論である拡張されたテレパラレル重力理論（F(T)重力理論）や、bi-metric 重力理論における加速膨張解の存在とその安定性を考察した。
加えて、F(T)重力理論及び bi-metric 重力理論において、Planck衛星による宇宙論的超精密測定の結果と良く整合するトレースアノマリーに起因した項によるインフレーション模型を構築した。
これらの研究成果から、「インフレーションと現在の宇宙の加速膨張を統一的に実現する模型の構築」という本年度の研究目的をおおむね達成できたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、本年度に構築したインフレーションと現在の宇宙の加速膨張を統一的に説明できるF(R)重力理論モデルにおいて、暗黒物質の生成と再加熱過程、そして輻射優勢期・物質優勢期を再現し、物質の密度揺らぎに対する観測的制限を導く。
スカラロンと呼ばれる、F(R)重力理論の作用から一般相対性理論のアインシュタイン=ヒルベルト作用への共形変換に伴って現れるスカラー場のインフレーション期と再加熱過程での生成と進化を考察し、暗黒物質としてのスカラロンの質量とエネルギー密度を評価する。さらに、暗黒エネルギーが支配する未来の宇宙に現れる特異点が回避され、宇宙項Λと非相対論的な冷たい暗黒物質（CDM）から構成される標準宇宙論模型（ΛCDM）に漸近するリトルリップシナリオを研究する。
また、物質の密度揺らぎの成長率の成長指数及び曲率揺らぎに対する重力ポテンシャルの比を計算し、宇宙マイクロ波背景輻射のISW効果や弱い重力レンズ効果の観測結果と比較して、模型に存在するパラメーターへの制限を考察する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度、平成26年3月1日付けで、所属機関が名古屋大学からお茶の水女子大学へ変わりました。当初、当該助成金を平成26年3月中にお茶の水女子大学にて使用する予定でございましたが、名古屋大学からお茶の水女子大学への本科学研究費の移行に時間を要しましたこと、またお茶の水女子大学での事務処理上の日程の都合上、平成26年3月中に本科学研究費を使用することが出来かねましたこと、以上の二つの理由によりまして、当該助成金が発生した次第でございます。
当該助成金は、翌年度分の平成26年度分の助成金と合わせまして、研究遂行上の数値解析や論文執筆に必要なコンピューターソフトウェア等の消耗品費として使用させて頂きたいと計画いたしております。
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[Presentation] Dark energy cosmology in F(T) gravity
Author(s)
Kazuharu Bamba
Organizer
KMI International Symposium 2013 on "Quest for the Origin of Particles and the Universe" (KMI 2013)
Place of Presentation
Sakata-Hirata Hall, Science South Building, Nagoya University, Nagoya, Japan
Invited
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