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2015 年度 実績報告書

宇宙の揺らぎと構造の進化、その背後にある物理の究明

計画研究

研究領域なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
研究課題/領域番号 15H05889
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 史宜  東北大学, 理学研究科, 准教授 (60503878)

研究分担者 樽家 篤史  京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40334239)
川崎 雅裕  東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
郡 和範  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (50565819)
研究期間 (年度) 2015-06-29 – 2020-03-31
キーワードダークマター / 宇宙物理 / 構造形成 / 超対称性理論 / 元素合成 / 宇宙背景輻射
研究実績の概要

ダークマターの正体に迫るためには初期宇宙での生成,元素合成および宇宙背景輻射への影響,重力進化による構造形成,標準理論を超える物理といった多角的なアプローチが必須である.本研究計画において様々な角度からダークマターに関する研究を行った.
郡は川崎と共に,ダークマターの対消滅によって放出される高エネルギーハドロンがビッグバン元素合成時に作られた軽元素の存在量を変えてしまう可能性を調べた。特に最近のCooke et al. (2014) による極めて不定性の少ない重水素の観測値を採用することなどにより、対消滅断面積の上限値に関して,これまで知られている値より数倍程度厳しい制限を得た.川崎は暗黒物質粒子の初期宇宙における対消滅が宇宙背景放射の非等方性に与える影響を考え、最新の観測データから対消滅断面積に対して制限を得た。この制限は銀河内の暗黒物質分布に依存しないという利点がある。樽家はコールドダークマターの重力的クラスタリングに関して、ヴラソフ-ポアソン方程式にもとづく新しい解析的計算手法の開発を進めた.高橋は川崎とともに,隠れたセクターにおけるモノポールがWitten効果によってアクシオンの進化に与える影響を調べ,アクシオン存在量および等曲率揺らぎが抑制されることを明らかにした.千葉は銀河やそれよりも小さな空間スケールにおける暗黒物質の存在形態に着目し,銀河系やアンドロメダ銀河の衛星銀河である矮小楕円体銀河に付随する暗黒物質ハローの内部密度分布を、メンバー星の詳細な動力学解析に基づいて決定した。そして、その内側の面密度がある一定のユニバーサルな値を取ることをはじめて見つけた。伊部は宇宙項および超対称性の破れのスケールに関する観測・実験結果から,R-対称性の破れの機構が超対称の破れのスケールに下限をもたらす可能性について調べた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ダークマターの正体に迫るため,様々な観点から分担者および連携研究者により研究を遂行することができた.具体的には,超対称性理論には最も軽いR-parity negativeの粒子がダークマターの候補であるが,そのR対称性と現在の加速膨張を引き起こす宇宙項との間の研究,アクシオンダークマターの初期宇宙進化,ダークマターの対消滅および崩壊が引き起こす元素合成および宇宙背景輻射への影響,ダークマターの重力進化についての理論構築,および矮小楕円体銀河におけるダークマター分布の観測による決定といった多岐にわたり研究を行うことで当初の計画通りダークマターに関する新たな知見を得ることができた.

今後の研究の推進方策

次年度は分担者および連携研究者間の連携を密にとることによって,それぞれの研究間の交流を促進し,ダークマターの謎に迫るために俯瞰的な視野を全員で共有し,本研究計画の目的遂行に邁進する.特にダークマターの分野は広く,間接検出,初期宇宙進化,素粒子理論,重力進化,現在のダークマター分布の観測など様々なトピックがあるため,相互交流と相互理解が欠かせない.また直接実験探索や他の実験によるダークマター探査の提案などこれまでカバーしていない分野,トピックに関しても専門家を招聘するなど新たな研究領域開拓に努力する.

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件、 謝辞記載あり 8件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 10件、 招待講演 10件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Pusan University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Pusan University
  • [雑誌論文] Spontaneous Baryogenesis from Asymmetric Inflaton2016

    • 著者名/発表者名
      F. Takahashi and M. Yamada
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 756 ページ: 216

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2016.03.020

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Suppressing the QCD Axion Abundance by Hidden Monopoles2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kawasaki, F. Takahashi and M. Yamada
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 753 ページ: 677

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2015.12.075

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The QCD Axion from Aligned Axions and Diphoton Excess,2016

    • 著者名/発表者名
      T. Higaki, K. S. Jeong, N. Kitajima and F. Takahashi,
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 755 ページ: 13

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2016.01.055

    • 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] CMB Constraint on Dark Matter Annihilation after Planck 20152016

    • 著者名/発表者名
      M.~Kawasaki, K.~Nakayama and T.~Sekiguchi
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 756 ページ: 212

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2016.03.005

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Constraints on the neutrino parameters by future cosmological 21 cm line and precise CMB polarization observation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oyama, K. Kohri, M. Hazumi
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 1602 ページ: 008

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2016/02/008

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anisotropies of gravitational-wave standard sirens as a new cosmological probe without redshift information2016

    • 著者名/発表者名
      T.~Namikawa, A.~Nishizawa, and A.~Taruya,
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 116 ページ: 121302

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.116.121302

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Dark-Matter Annihilation2015

    • 著者名/発表者名
      M.~Kawasaki, K.~Kohri, T.~Moroi and Y.~Takaesu,
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 751 ページ: 246

    • DOI

      doi:10.1016/j.physletb.2015.10.048

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Peccei-Quinn Breaking Field after Inflation and Axion Isocurvature Perturbations2015

    • 著者名/発表者名
      K.~Harigaya, M.~Ibe, M.~Kawasaki and T.~T.~Yanagida
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 1511 ページ: 003

    • DOI

      doi:10.1088/1475-7516/2015/11/003

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural Properties of Non-spherical Dark Halos in Milky Way and Andromeda Dwarf Spheroidal Galaxies,2015

    • 著者名/発表者名
      K.~Hayashi, M.~Chiba,
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 810 ページ: 22

    • DOI

      doi:10.1088/0004-637X/810/1/22

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gas Inflow and Outflow Histories in Disk Galaxies as Revealed from Observations of Distant Star-forming Galaxies2015

    • 著者名/発表者名
      D.~Toyouchi, M.~Chiba
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 810 ページ: 18

    • DOI

      10.1088/0004-637X/810/1/18

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Post-collapse perturbation theory in 1D cosmology2016

    • 著者名/発表者名
      樽家篤史
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都,八王子)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] Big bang nucleosynthesis and particle physics2016

    • 著者名/発表者名
      川崎雅裕
    • 学会等名
      New Generation Quantum Theory
    • 発表場所
      京都大学(京都府,京都市)
    • 年月日
      2016-03-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cosmology with large-scale structure of the Universe2016

    • 著者名/発表者名
      樽家篤史
    • 学会等名
      New generation quantum theory
    • 発表場所
      京都大学工学部(京都府,京都市)
    • 年月日
      2016-03-08
    • 招待講演
  • [学会発表] A model of heavy QCD axion2016

    • 著者名/発表者名
      伊部昌宏
    • 学会等名
      Beyond the Standard Model in Okinawa 2016
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学(沖縄県,国頭郡)
    • 年月日
      2016-03-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Updates from Local Group/GA WG2016

    • 著者名/発表者名
      千葉柾司
    • 学会等名
      Subaru HSC Survey Collaboration Meeting
    • 発表場所
      台湾中央研究院天文及天文物理研究所(台湾)
    • 年月日
      2016-01-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Galactic Archaeology2015

    • 著者名/発表者名
      千葉柾司
    • 学会等名
      Subaru PFS Collaboration Meeting
    • 発表場所
      マルセイユ天体物理研究所(フランス)
    • 年月日
      2015-12-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reinterpretation of the Starobinsky-type inflation models2015

    • 著者名/発表者名
      郡 和範
    • 学会等名
      LeCosPA
    • 発表場所
      National Taiwan University(台湾)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Why do we need dr < 0.001 (Lyth bounds etc.)2015

    • 著者名/発表者名
      郡 和範
    • 学会等名
      B-mode from Space
    • 発表場所
      IPMU、東大柏キャンパス(千葉県,柏市)
    • 年月日
      2015-12-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Axion cosmology - The Witten effect and mixings -2015

    • 著者名/発表者名
      高橋史宜
    • 学会等名
      Particle Cosmology and beyond 2015
    • 発表場所
      金沢大学(石川県,金沢市)
    • 年月日
      2015-11-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Disappearing Inflaton Potential2015

    • 著者名/発表者名
      高橋史宜
    • 学会等名
      CosPA2015
    • 発表場所
      IBS, Daejeong, Korea
    • 年月日
      2015-10-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Particle physics theory: Cosmology2015

    • 著者名/発表者名
      郡 和範
    • 学会等名
      The 4th Particle Physics School in South-East Asia
    • 発表場所
      Vietnam National University of Science、ハノイ、ベトナム
    • 年月日
      2015-09-17 – 2015-09-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A novel scheme for perturbation theory calculation of large-scale structure2015

    • 著者名/発表者名
      樽家篤史
    • 学会等名
      Theoretical and Observational Progress on Large-sacle Structure
    • 発表場所
      欧州南天文台本部、ガルヒング
    • 年月日
      2015-07-22
    • 国際学会
  • [図書] 宇宙はどのような時空でできているのか2016

    • 著者名/発表者名
      郡 和範
    • 総ページ数
      288
    • 出版者
      ベレ出版
  • [備考] アクシオンと宇宙論:共鳴現象による位相欠陥生成

    • URL

      http://www.phys.tohoku.ac.jp/topics/topics-468/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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