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高エネルギー宇宙線観測および加速器実験に基くブラックホール暗黒物質シナリオの検証

研究課題

研究課題/領域番号 16K17675
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関弘前大学

研究代表者

仙洞田 雄一  弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (80606111)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードブラックホール / 暗黒物質 / 宇宙線 / 宇宙物理 / 理論天文学
研究成果の概要

軽量の原始ブラックホールが銀河系内外に暗黒物質の一部として存在している可能性を検証するために、それらの原始ブラックホールからHawking放射によって生成される高エネルギー粒子のスペクトルおよび宇宙線として地球に伝播する量の精密な計算を行なった。数値計算にはLHCなど最新の高エネルギー粒子衝突実験のデータを反映したパラメターや公開計算コードPYTHIA 8を取り入れた。計算結果をFermi LATとAMS-02を含む最近の宇宙ガンマ線および反陽子宇宙線の観測データと比較することで、5掛ける10の14乗グラム付近の質量を持つ原始ブラックホールの存在量に対する強い上限を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙には質量を持つという性質しか明らかになっていない暗黒物質が存在していると言われ、その正体の解明は宇宙物理学の最大の目標の一つである。本研究では、宇宙初期から存在する原始ブラックホールがその正体であるとする仮説の部分的な検証を試みた。原始ブラックホールのうち比較的軽いものはHawking効果と呼ばれる現象によって様々な粒子を放射すると考えられ、それらが宇宙空間を伝播して地球に到達し、宇宙線として観測される可能性がある。最近の観測データとの比較から、着目した質量範囲にある軽い原始ブラックホールの量だけでは暗黒物質の全体を担うには十分ではなく、他の候補に目を向けていく必要があることが分かった。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Queen Mary University London(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS/Universite Paris Diderot(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A quantisation procedure in the presence of an initial Kasner singularity: primordial gravitational waves from triaxially anisotropic pre-inflation2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Furuya, Yuki Niiyama, Yuuiti Sendouda
    • 雑誌名

      Classical and Quantum Gravity

      巻: 36 号: 8 ページ: 085007-085007

    • DOI

      10.1088/1361-6382/ab0ca9

    • NAID

      130008153379

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing pre-inflationary anisotropy with directional variations in the gravitational wave background2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Furuya, Yuki Niiyama, Yuuiti Sendouda
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2017(01) 号: 01 ページ: 009-009

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2017/01/009

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rapid merger of binary primordial black holes: An implication for GW1509142016

    • 著者名/発表者名
      K. Hayasaki, K. Takahashi, Y. Sendouda, S. Nagataki
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 68 号: 4 ページ: 66-66

    • DOI

      10.1093/pasj/psw065

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Constraints on primordial black holes from the Galactic gamma-ray background2016

    • 著者名/発表者名
      B.J. Carr, Kazunori Kohri, Yuuiti Sendouda, Jun'ichi Yokoyama
    • 雑誌名

      Phys.Rev. D

      巻: 94 号: 4 ページ: 044029-044029

    • DOI

      10.1103/physrevd.94.044029

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Primordial Gravitational Waves Originating from an Anisotropic Pre-inflationary Stage2018

    • 著者名/発表者名
      Yu Furuya, Yuki Niiyama, Yuuiti Sendouda
    • 学会等名
      Fifteenth Marcel Grossmann Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Einstein-Weyl重力におけるテンソル摂動のエネルギー密度とその原始重力波への応用2018

    • 著者名/発表者名
      新山優樹, Nathalie Deruelle, 古谷有, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Energy density of tensor perturbations in Einstein-Weyl gravity and its application to primordial gravitational waves2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Niiyama, Nathalie Deruelle, Yu Furuya, Yuuiti Sendouda
    • 学会等名
      The 28th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bianchi I型非等方プレインフレーションからの原始背景重力波2018

    • 著者名/発表者名
      古谷有, 新山優樹, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      第31回理論天文学宇宙物理学懇談会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 5×10^14g付近の質量を持つPBHへの宇宙ガンマ線観測からの制限2017

    • 著者名/発表者名
      仙洞田雄一
    • 学会等名
      相対論宇宙論 東北研究会 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 5×10^14g付近の質量を持つPBHへの宇宙ガンマ線観測からの制限2017

    • 著者名/発表者名
      仙洞田雄一
    • 学会等名
      第6回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原始ブラックホールの観測的制限2017

    • 著者名/発表者名
      仙洞田雄一
    • 学会等名
      第30回理論天文学宇宙物理学懇談会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gamma-ray constraints on the primordial black hole mass function around and above 5×10^{14} grams2017

    • 著者名/発表者名
      Yuuiti Sendouda
    • 学会等名
      Workshop on Primordial Black Holes
    • 発表場所
      Institute of Physics, Academia Sinica, Taipei, R.O.C.
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Einstein-Weyl重力理論に対するインフレーション起源ベクトル摂動からの制限II2017

    • 著者名/発表者名
      新山優樹, 古谷有, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Bianchi I型の初期非等方性を持つ宇宙での原始重力波の量子化2017

    • 著者名/発表者名
      古谷有, 新山優樹, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Einstein-Weyl重力理論に対するインフレーション起源ベクトル摂動からの制限2016

    • 著者名/発表者名
      新山優樹, 古谷有, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Kasner-de Sitterインフレーションでの原始背景重力波:初期非等方性に対する観測的制限2016

    • 著者名/発表者名
      古谷有, 新山優樹, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-22  

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