| 研究課題/領域番号 |
19J12936
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
園元 英祐 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 暗黒物質 / アクシオン / 非常に軽いスカラー粒子 / 非線形ゆらぎの成長 / オシロン / 21cm線 / ノントポロジカルソリトン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、宇宙を満たす謎の粒子である暗黒物質の観測可能性を理論的に明らかにするものである。
現在、宇宙の約25%は暗黒物質と呼ばれる未知の粒子から成ることが観測からわかっているが、暗黒物質は他の粒子とほとんど相互作用しないため直接は発見されていない。しかし、密度の高い塊として暗黒物質が宇宙に存在していた場合、その強い重力で周りの銀河などの光を増幅するため、暗黒物質を間接的に検出できる可能性がある。そこで本研究では、暗黒物質の有力な候補であるアクシオンという粒子が、現在の宇宙に塊として存在しているかを数値シミュレーションにより確かめることで、その観測可能性を求める。
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| 研究実績の概要 |
昨年までの研究により Ultra-Light Axion-like Particle (ULAP) がオシロンという長寿命なソリトンを形成し得ることがわかった。そこで本年は、 形成されたオシロンを用いて ULAP のパラメータ領域に制限をかけることを目的として研究を行い、以下の二つの成果を得ることができた。
一つ目は、オシロンが作る密度ゆらぎのパワースペクトラムの解析解を求めたことである。オシロンは、オシロン形成時のホライズン以下のスケールで大きなゆらぎを作るため、このゆらぎに着目することでオシロンを何らかの観測と結びつけられる可能性があった。そこで、オシロンのゆらぎの作るパワースペクトラムの定量的な見積もりをまずは行い、その結果が数値シミュレーションの結果と一致することを確認した。
二つ目は、21cm 線と呼ばれる、中性水素の陽子・電子間のスピン相互作用によって分裂したエネルギー準位間の遷移によって放出される光子に着目することで、探索可能な ULAP のパラメータ領域に制限を付けたことである。今回は、小スケールの大きなゆらぎ観測手法として、背景光が中性水素に吸収されることによって生じる 21cm 線の吸収線を用いた。オシロンの存在によってこれらの吸収線の量がどの程度変化するかを計算することで、21cm 線の観測によって制限可能な ULAP のパラメータ領域を得ることができた。
以上の結果は、二本の論文として Journal of Cosmology and Astroparticle Physics に掲載されている。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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