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観測から探る量子重力理論とその構築

研究課題

研究課題/領域番号 17J04978
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)
研究機関名古屋大学

研究代表者

新居 舜  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード重力理論 / 観測的宇宙論 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 重力波 / 銀河サーヴェイ / 等価原理 / 宇宙論 / 加速膨張 / 修正重力理論
研究実績の概要

近年、宇宙の時空間構造の解明に向けた研究は、重力理論に潜む内部自由度の性質の理論的研究と精密化した天文観測によるデータが両輪となり、急速に進展している。現存するデータを調べると、一般相対性理論と概ね整合的であることが理解された一方で、宇宙の加速膨張が少なくとも2度起きているという観測的示唆は、一般相対性理論を超える重力の物理を考える大きな契機を与えている。加えて、重力波が検出されたことにより、重力理論は直接的に検証することができるようになった。こうした時流において、多角的な現象と観測事実を組み合わせて、重力法則および時空構造の理解を深めるべく、採用期間中に4編の学術論文を出版した。それぞれの概要は以下の通りである。

(1) 宇宙マイクロ波背景放射がほぼ黒体放射であるという事実から、重力が光子にエネルギーを渡す物理機構が10の-5乗の精度で観測的に制限される。(2)中性子星連星合体GW170817の観測で得られた重力波の伝搬測度が光速と10の-15乗の精度で一致しているという事実は、重力理論の内部自由度に対して厳しい制限を与える。(3)将来計画されている地上重力波検出器を想定すると、宇宙空間を伝搬する重力波の減衰率から、重力定数の時間変化は1%程度まで観測的に制限できる。(4) 局所ローレンツ対称性が重力的に破れている理論の一例(Horava-Lifshitz重力理論)を調べると、宇宙誕生初期のインフレーション期において、長波長における曲率ゆらぎが断熱的に保存する。

採用期間中に、名古屋大学・エディンバラ大学 ジョイントディグリー・プログラムに選抜され(国内初)、John Peacock教授とともに、全天の銀河観測データ(主に電波カタログ)から120億年ほど前の宇宙における重力法則を調べる研究プロジェクトを立ち上げた。研究成果は近日中に論文にまとめる予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 10件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] エディンバラ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Generalized framework for testing gravity with gravitational-wave propagation. III. Future prospect2019

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Atsushi、Arai Shun
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 号: 10 ページ: 104038-104038

    • DOI

      10.1103/physrevd.99.104038

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Inflationary perturbations with Lifshitz scaling2019

    • 著者名/発表者名
      Arai Shun、Sibiryakov Sergey、Urakawa Yuko
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2019 号: 03 ページ: 034-034

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2019/03/034

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized framework for testing gravity with gravitational-wave propagation. II. Constraints on Horndeski theory2018

    • 著者名/発表者名
      Arai Shun , Nishizawa Atsushi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 97 号: 10 ページ: 104038-104038

    • DOI

      10.1103/physrevd.97.104038

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ハッブル定数の不一致問題を解決する重力理論モデルと観測的予言2019

    • 著者名/発表者名
      新居 舜
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Modelling Gravitational-wave propagation through Large Scale Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      GWPAW 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Can we solve the Hubble tension in the framework of Horndeski theory?2019

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      JGRG29
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observational predictions of the viable generalized scalar-tensor theory2019

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      KJWDE2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] How can we solve the Hubble tension in the framework of Horndeski theory2019

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      30th Texas Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generalized criterion of thawing and freezing models in Horndeski theory2018

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      Fifteenth Marcel Grossmann Meeting MG 15 University of Rome "La Sapienza" - Rome
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inflationary perturbations with Lifshitz scaling of gravity2018

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      Fifteenth Marcel Grossmann Meeting MG 15 University of Rome "La Sapienza" - Rome
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Constraints on time-varying gravitational constant with gravitational-waves observation2018

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      5th Korea Japan Workshop for Dark Energy 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射と重力波の観測を用いた重力定数の時間変化への制限2018

    • 著者名/発表者名
      新居舜
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Constraints on Horndeski theory with Gravitational Wave observations2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      The 4th Korea-Japan joint workshop on Dark Energy in KMI
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重力波を用いた修正重力理論由来の加速膨張への制限2017

    • 著者名/発表者名
      新居舜
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Constraints on Horndeski theory with Gravitational Wave observations2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      JGRG27
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Monte Carlo approach for model classification in Horndeski theory2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      CosPA2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重力波伝搬の観測による宇宙の加速膨張の起源の解明2017

    • 著者名/発表者名
      新居舜
    • 学会等名
      第30回理論懇シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Classification of Dark Energy models in Horndeski theory with Monte-Carlo simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai
    • 学会等名
      第2回加速シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] JGRG27でのJGRG presentation awardsの受賞

    • URL

      http://www-tap.scphys.kyoto-u.ac.jp/jgrg/award.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学 物理学教室のホームページにて、JGRG27での受賞報告

    • URL

      https://www.phys.nagoya-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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