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ダークエネルギー理論の構築とその観測的検証

研究課題

研究課題/領域番号 10J03295
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
研究機関東京大学

研究代表者

本橋 隼人  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードダークエネルギー / 修正重力理論 / 大規模構造 / ニュートリノ / インフレーション / ブラックホール
研究概要

本研究ではダークエネルギーの理論模型として修正重力理論の立場をとり、その理論的な帰結から観測的に区別する指標を見出すことに主眼をおき解析を行ってきた。今年度の研究成果は多岐に渡るため、主な成果として一つの研究について詳しく述べる。
今年度の主な成果は、f(R)重力理論で1電子ボルトのステライル・ニュートリノを考慮した解析である。近年のニュートリノ振動実験から、非常に軽い質量を持った3世代のニュートリノの他に、1電子ボルト程度の質量を持つステライル・ニュートリノの存在が示唆されている。宇宙論的観点から考えると、このような粒子は光速に近い速度で運動し、かつ重力相互作用を及ぼすため、銀河の大規模構造のタネとなる物質密度揺らぎの成長を抑制する働きを持つ。一方、我々は前年度までの研究により、f(R)重力理論では密度揺らぎの成長が促進され、ニュートリノによる抑制と相殺することを示した。そこで我々は1電子ボルトのステライル・ニュートリノの存在を仮定したもとで数値計算を行い、アインシュタインの一般相対論においては密度揺らぎが銀河団存在量の観測から得られている値まで成長しない一方で、f(R)重力理論においては密度揺らぎが観測値まで成長することを突き止めた。同時に、f(R)重力理論は宇宙マイクロ波背景放射と銀河のパワースペクトルの観測データをよりよく再現できることを明らかにした。これにより、将来の素粒子実験により1電子ボルトのステライル・ニュートリノの存在が確立すれば、修正重力理論が優位になる。
以上の他に、f(R)重力理論によるインフレーション後の再加熱の解析、一般化ガリレオン理論におけるブラックホール摂動の安定性解析、有質量重力子理論での加速膨張解の発見、ストキャスティック法を用いたインフレーションの相関関数の導出、新たな非ガウス性整合関係を持つインフレーション模型の構築の研究を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画ではf(R)重力理論における背景時空および密度揺らぎの時間発展を調べる予定であったが、その過程において質量を持ったニュートリノとの相殺効果が判明し、最新の素粒子物理学にまで及ぶ横断的な研究を遂行することができた。また、ダークエネルギーに留まらず、インフレーション、ブラックホール摂動論など幅広いテーマに渡って研究することができ、計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

今後の研究においては、f(R)重力理論によるダークエネルギーとインフレーションの理論模型を考察する。今年度の研究成果では再加熱において質量がない粒子の生成を考えたが、今後は質量を持った粒子生成も考慮する。ブラックホール摂動論の研究も継続し、最も一般的なスカラーテンソル理論である一般化ガリレオン理論での偶パリティ摂動の安定性解析と、パリティを破るチャーン・サイモンズ重力理論での高速回転ブラックホール解の構成を行う。またインフレーション理論の研究においては、今年度構築した新たな非ガウス性整合関係を持つインフレーション模型をさらに押し進め、より広いクラスのインフレーション模型を解析する方針である。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2013 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 11件) 学会発表 (21件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Cosmology based on f(R) Gravity admits 1 eV Sterile Neutrinos2013

    • 著者名/発表者名
      H. Motohashi, A. A. Starobinsky and J. Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 110 号: 12 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.110.121302

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultra Slow-Roll Inflation and the non-Gaussianity Consistency Relation2013

    • 著者名/発表者名
      J. Martin, H. Motohashi and T. Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 87 号: 2 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/physrevd.87.023514

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Black hole perturbation in the most general scalar-tensor theory with second-order field equations I: the odd-parity sector2012

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, H. Motohashi and T. Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 85 号: 8 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1103/physrevd.85.084025

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reheating after f(R) inflation2012

    • 著者名/発表者名
      H. Motohashi, A. Nishizawa
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 86 号: 8 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1103/physrevd.86.083514

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-accelerating Solutions in Massive Gravity on Isotropic Reference Metric2012

    • 著者名/発表者名
      H. Motohashi and T. Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 86 号: 8 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1103/physrevd.86.081502

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Consequences of a stochastic approach to the conformal invariance of inflationary correlators2012

    • 著者名/発表者名
      H. Motohashi, T. Suyama and J. Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 86 号: 12 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/physrevd.86.123514

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] f(R) Cosmology and Massive Neutrinos2012

    • 著者名/発表者名
      H. Motohashi, A. A. Starobinsky and J. Yokoyama
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics: Conferenee Series

      巻: 10 ページ: 35-42

    • DOI

      10.1142/s2010194512005739

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Black hole perturbation in non-dynamical and dynamical Chern-Simons gravity2012

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, T.Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 85 号: 4 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1103/physrevd.85.044054

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Future Oscillations around Phantom Divide in f(R) Gravity2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 6 号: 06 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2011/06/006

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Black hole perturbation in parity violating gravitational theories2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, T.Suyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 84 号: 8 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1103/physrevd.84.084041

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability of Schwarzshild-like spacetime in parity violating gravitational theories2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, T.Suyama
    • 雑誌名

      Proceedings of the 21st Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan

      巻: (掲載決定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Joint description of inflation and dark energy in extended f(R) gravity2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Proceedings of the 21st Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan

      巻: (掲載決定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] f(R) Cosmology and Massive Neutrinos2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Proceedings of CosPA 2011, Peking University (2011), Int.J.Mod.Phys.D

      巻: (掲載決定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Classification of Future Phantom-to-Normal Oscillations in f(R) Gravity2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Proceedings of the 20th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan

      巻: 印刷中(掲載確定)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] f(R) Gravity and its Cosmological Implications2011

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Proceedings of 2nd International Workshop on Dark Matter, Dark Energy and Matter-Antimatter Asymmetry

      巻: 印刷中(掲載確定)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Phantom boundary crossing and anomalous growth index of fluctuations in viable f(R) models of cosmic acceleration2010

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics

      巻: Volume 123 ページ: 887-902

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Matter power spectrum in f(R) gravity with massive neutrinos2010

    • 著者名/発表者名
      H.Motohashi, A.A.Starobinsky, J.Yokoyama
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics

      巻: Volume 124 ページ: 541-546

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Reheating after f(R) inflation and gravitational wave production2013

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      1st symposium on "New development in astrophysics through multimessenger observations of gravitational wave sources"
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Sterile neutrino and f(R) gravity2012

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      RESCEU summer school
    • 発表場所
      休暇村 裏磐梯(福島県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Cosmological constraints on sterile neutrino mass in f(R) gravity2012

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      The 22nd Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Black hole perturbation in modified gravity theories2012

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      Thirteenth Marcell Grossmann Meeting
    • 発表場所
      ストックホルム大学(スウェーデン)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] f(R) gravity and eV-mass sterile neutrinos2012

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      The 16th annual International Conference on Partide Physics and Cosmology
    • 発表場所
      Kavli Institute for Theoretical Physics China
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Chern-Simons重力理論におけるブラックホール摂動論2012

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Constraints on f(R) gravity and neutrino mass from large scale structure2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      17th International Symposium on Particles, Strings and Cosmology (PASCOS)
    • 発表場所
      The University of Cambridge, UK
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Constructing cosmological f(R) models for inflation and cosmic acceleration2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      11th RESCEU-DENET joint meeting & summer school 'Dark Energy in the Universe'
    • 発表場所
      熊本
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] f(R)重力理論によるインフレーションとダークエネルギーの統一2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      弘前大学(青森)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The unification of inflation and dark energy in extended f(R) gravity2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      The 21st Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 発表場所
      東北大学(宮城)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] f(R) models for Primodial and Present Dark Energy2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      Cosmology Workshop Montpellier 11
    • 発表場所
      Laboratoire de Physique Theorique et Astroparticules (LPTA), Universite Montpellier, France
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] f(R) gravity and large scale structure2011

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      Essential Cosmology for the Next Generation
    • 発表場所
      Puerto Vallarta, Mexico(Poster)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] f(R)重力理論における実効的ダークエネルギーの状態方程式2011

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      日本物理学会第66回年次大会(2011年)
    • 発表場所
      新潟大学,新潟,日本(口頭)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] f(R)重力理論におけるパワースペクトルとニュートリノ質量2010

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      CMBワークショップ2010
    • 発表場所
      国立天文台,東京,日本(ポスター)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Matter power spectrum in f(R) gravity with massive neutrinos2010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      Yukawa International Seminar 2010 (YKIS) : Cosmology -The Next Generation-
    • 発表場所
      Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, Kyoto, Japan(Poster)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Density fluctuation in f(R) gravity with massive neutrinos2010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      10th RESCEU-DENET joint meeting & summer school 'Dark Energy in the Universe'
    • 発表場所
      Kouchi, Japan高知パステルホテル(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ質量とf(R)重力理論の制限2010

    • 著者名/発表者名
      本橋隼人
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      九州工業大学,福岡,日本(口頭)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Perturbation theory in f(R) gravity2010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      The 20th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 発表場所
      Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University Kyoto, Japan(Poster)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Matter density fluctuation and massive neutrinos in f(R) gravity2010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      Horiba International Conference COSMO/CosPA 2010
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] f(R) gravity and its cosmological implications2010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Dark Matter, Dark Energy and Matter-Antimatter Asymmetry
    • 発表場所
      National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan (Invited talk)(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Matter power specturm in f(R) gravity with SDSS DR72010

    • 著者名/発表者名
      Hayato Motohashi
    • 学会等名
      Extra-Dimension Probe by Cosmophysics
    • 発表場所
      KEK (High Energy Accelerator Research Organisation), Tsukuba, Japan(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/~motohashi/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/~motohashi/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.resceu.s.u-tokyo.ac.jp/~motohashi/index.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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