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精密宇宙論観測による原始ブラックホール探査と極小スケール原始ゆらぎの徹底解明

研究課題

研究課題/領域番号 20J22260
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
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

阿部 克哉  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード原始ゆらぎ / 原始ブラックホール / 構造形成 / 宇宙論 / 宇宙再電離 / 電波天文 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 観測的宇宙論 / 宇宙マイクロは背景放射 / スニヤエフ・ゼルドビッチ効果 / ultracompact minihalo
研究開始時の研究の概要

宇宙論的観測を用いた原始ブラックホール(PBH)の存在量調査により、インフレーション機構の検証に必要な極小スケールの原始ゆらぎの大きさを解明する。そのためにまず、PBHへのガス降着に対するシミュレーションを行い、このガス降着により生じる様々な宇宙論的な影響を理論的に見積もる。この理論予言と宇宙論的な観測データを比較することで、PBHの存在量を調査する。次に、原始ゆらぎからPBHを形成する際の形成条件を調査する。得られた結果を組み合わせることで、原始ゆらぎの大きさに制限を設ける。

研究実績の概要

昨年度は3本の論文を発表した。特に、"Cosmological free-free emission from dark matter halos in the ΛCDM model" (PhysRevD.106.063523) および"Cosmological contribution from population III stars in ultracompact minihalos" (PhysRevD. 106.083521) では、小スケールの原始ゆらぎを変化させた場合に宇宙の(大規模)構造がどのように変わるかを議論し、これによる観測量の対応を議論した。これらの予言と実際の宇宙論的観測結果を組み合わせることにより、小スケールの原始ゆらぎの大きさに対して、今までにない強い制限を設けることに成功した。原始ブラックホールのみに着目していた元々の研究実施計画とは少しズレてしまったが、最終的に小スケールの原始ゆらぎの性質の理解を飛躍的に推し進めることができた。また、"Primordial black holes and gravitational waves induced by exponential-tailed perturbations" (arXiv:2209.13891 [astro-ph.CO]) では、指数尾型の非ガウス性を持った原始曲率ゆらぎにより、原始ブラックホールが形成される際に付随して生成されるスカラー誘導型の重力波について、定量的な議論を行った。これらの研究成果について、昨年度中に3件の国内会議で発表した。その中で、「日本物理学会 2022 年秋季大会」での発表では、学生優秀発表賞を獲得した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Cosmological free-free emission from dark matter halos in the ΛCDM model2022

    • 著者名/発表者名
      Abe Katsuya T.、Tashiro Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.063523

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cosmological contribution from population III stars in ultracompact minihalos2022

    • 著者名/発表者名
      Katsuya T. Abe
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 8 ページ: 083521-083521

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.083521

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constraint on the early-formed dark matter halos using the free-free emission in the Planck foreground analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Abe Katsuya T.、Minoda Teppei、Tashiro Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 号: 6 ページ: 063531-063531

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.063531

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The 21-cm signals from ultracompact minihaloes as a probe of primordial small-scale fluctuations2020

    • 著者名/発表者名
      Furugori Kunihiko、Abe Katsuya T、Tanaka Toshiyuki、Hashimoto Daiki、Tashiro Hiroyuki、Hasegawa Kenji
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 494 号: 3 ページ: 4334-4342

    • DOI

      10.1093/mnras/staa1033

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 暗黒物質ハロー由来の熱制動放射と原始ゆらぎ2022

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      ミニワークショップ : 21cm 線によるサイエンス
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ダークマターハロー由来の熱制動放射2022

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      日本天文学会 2022 年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ダークマターハロー由来の熱制動放射2022

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      日本物理学会 2022 年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Constraint on the dark matter halo formation in the early universe by the free-free emission2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Abe
    • 学会等名
      Sixteenth Marcel Grossmann Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ダークマターハロー由来の熱制動放射2021

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      第10回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 熱的制動放射による宇宙初期でのダークマター形成への制限2021

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      第1回 KMI フラッシュ(名古屋大学)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Constraint on the dark matter halo formation in the early universe by the free-free emission2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Abe
    • 学会等名
      SKA サイエンスワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] MCMCを用いたPair Instability Supernoveの数密度への制限2020

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      初代星・初代銀河ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] MCMCを用いたPair Instability Supernoveの数密度への制限2020

    • 著者名/発表者名
      阿部克哉
    • 学会等名
      第9回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Induced gravitational wave as a cosmological probe of the sound speed during the QCD phase transition2020

    • 著者名/発表者名
      Katsuya T. ABE
    • 学会等名
      IBM&KMI Joint Workshop
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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