| 研究課題/領域番号 |
21K03567
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 |
川崎 雅裕 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 重力波 / 原始ブラックホール / Qボール / レプトン非対称性 / バリオン数生成 / オシロン / 宇宙初期の元素合成 / ノントポロジカルソリトン / 宇宙摂動論 / 暗黒物質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
宇宙初期に小スケールの密度揺らぎを生成するインフレーションモデルを構築し、揺らぎによって生成される原始ブラックホールの形成とクラスタリングを揺らぎの非ガウス性を考慮して調べるとともに、原始ブラックホールが暗黒物質になる可能性や重力波の生成を明らかにする。また、スカラー場の理論で存在するオシロンやQボールなどのノントポロジカル・ソリトンの形成を数値格子シミュレーションを用いて調べ、ソリトンが作る小スケール揺らぎの性質や宇宙論に与える影響を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
当該年度では主に小スケールのスカラー揺らぎの2次的効果で生成される重力波が急激な物質優勢から放射優勢の遷移が起こる場合に増大する効果について調べた。宇宙初期に生成されたヘリウム4の最近の観測から宇宙が大きなレプトン数を持つ可能性が示唆されていることから，大きなレプトン数を生成することができるアフレック・ダイン機構を考え，それに伴って作られるノントポロジカル・ソリトンの一種のQボールの時間発展を考察した。Qボールによって宇宙は物質優勢になり，さらにQボールの崩壊によって急激な放射優勢な宇宙への遷移が起こることから，Qボールの崩壊の時間発展を正確に取り入れた２次的重力波の生成量を詳しく調べた。その結果，生成される重力波の増大が起こることが明らかになった。さらに，これまでの解析で考慮されていなかった密度揺らぎが非線形になる場合にも重力波の生成を定量的に評価し，小スケールの揺らぎがある程度大きい場合には生成された重力波がパルサー・タイミング・アレイ実験で報告された背景重力波と思われるシグナルを説明できることを明らかにした。
また，原始ブラックホールを生成する模型の一つであるアクシオン・カーバトン模型に基づいて生成される揺らぎが2次の効果で作る重力波のスペクトルを評価し，原始ブラックホールを過剰生成することなく，パルサー・タイミング・アレイ実験で報告されたシグナルを説明できることを明らかにした。
さらに，ほとんどすべての銀河に存在することが知られている超巨大ブラックホールに関して，その起源が原始ブラックホールである可能性を考え，超巨大ブラックホールの種となる原始ブラックホールを生成する模型をアクシオン模型に基づいて考察し，従来指摘されていた等曲率揺らぎや角度相関が大きすぎる問題を解決できることを明らかにした。
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| 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
小スケールのスカラー揺らぎに起因する重力波の生成に関して，インフレーションによって作られたスカラー揺らぎがある程度大きければQボールによってそれが増大するシナリオを構築することができ，さらに，これまで考慮されていなかった密度揺らぎの非線形成長の効果を取り入れた重力波生成を評価することに成功し，最近報告されたパルサー・タイミング・アレイ実験によるシグナルを説明できることを明らかにすることができ，研究目的である小スケールの揺らぎの検証に向けて大きな進歩があったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後もまだ解明されていない宇宙の小スケールの揺らぎに対する知見を得るために，小スケール揺らぎに起因する原始ブラックホールや重力波の生成について，他の観測と無矛盾な模型の構築やその検証について研究を行う。
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