ダークエネルギーの理論モデル構築とその観測的検証

2019 年度 実績報告書

• 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: 15H05890
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 杉山 直 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (70222057)
• 研究分担者: 野尻 伸一 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00432229) ; 市來 淨與 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10534480) ; 辻川 信二 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (30318802) ; 西澤 淳 名古屋大学, 高等研究院, 特任講師 (70402435)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 暗黒エネルギー / 修正重力理論

研究実績の概要

ダークエネルギーの起源となるスカラー場またはベクトル場が，完全流体で記述されるダークマターと結合している理論において、物質揺らぎの基礎方程式の導出とダークマター揺らぎの成長率に関して一般的な定式化を行った。さらにこのような理論を拡張させ。ダークエネルギーとダークマターがともに完全流体であり、4元速度の差を通じて両者が結合している理論を、ラグランジアンのレベルで定式化した。その枠組みにおいて，有効な宇宙の後期加速膨張の模型を構築し，2つの暗黒成分の間に運動量の交換がある場合に，ダークマター揺らぎの成長率が抑制されることを示した。さらにこの模型に対して観測データを用いた統計解析を行い、標準的な宇宙項模型よりも観測的に好まれることを示した。さらにダークエネルギーとダークマターが結合している有意な観測的な兆候を得た。

次に、アインシュタイン重力を拡張した様々な模型について、その検証の可能性について調べるとともに、理論的及び観測等から来る様々な制限を解決する模型の構築を行った。特にこれらの重力理論に特有なブラックホール等の古典解の性質、特に熱力学的振舞の検証を行うとともに、近年多くの研究者の注目を集めている Hubble tension の問題の解決をする模型を提案した。また、拡張重力理論による中性子星への影響とその観測的可能性等を行った他、これらの模型に関係する量子論についての研究を行った。

ダークエネルギーを担うような軽い質量のスカラー場は電磁場との相互作用により光子の偏光面を回転させる効果がある。その宇宙論的効果とCMBの検出機器の系統誤差とをCMBの前景放射を用いることで分離する手法を構築した。またこのようなスカラー場が暗黒物質の一部を担っていた場合に、宇宙大規模構造の小スケール密度揺らぎに与える影響が将来の21cm線吸収線系の観測でどれくらい探査できるかについて明らかにした。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Measuring the cosmological density field twice: A novel test of dark energy using the CMB quadrupole (2022)
  • 著者名/発表者名: Ichiki, Kiyotomo ; Sumiya, Kento ; Liu, Guo-Chin
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: id.063507
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.105.063507
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Compact star in general F(R) gravity: Inevitable degeneracy problem and non-integer power correction (2022)
  • 著者名/発表者名: Numajiri, K. ; Katsuragawa, T. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 826 ページ: id.136929
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2022.136929
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Barrow entropic dark energy: A member of generalized holographic dark energy family (2022)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Paul, T.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 825 ページ: id.136844
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136844
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] From nonextensive statistics and black hole entropy to the holographic dark universe (2022)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Faraoni, V.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: id.044042
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.105.044042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards a smooth unification from an ekpyrotic bounce to the dark energy era (2022)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Paul, T.
  • 雑誌名: Physics of the Dark Universe 巻: 35 ページ: id.100984
  • DOI: 10.1016/j.dark.2022.100984
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dressed asymptotic states and QED infrared physics (2021)
  • 著者名/発表者名: Furugori, H. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: id.125004
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.125004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytic charged BHs in f(R) gravit (2021)
  • 著者名/発表者名: Nashed,G.G.L. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Physics Letters Barticle 巻: 820 ページ: id.136475
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136475
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Specific neutral and charged black holes in f(R) gravitational theory (2021)
  • 著者名/発表者名: Nashed,G.G.L. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: id.124054
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.124054
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal effects and scalar modes in the cosmological propagation of gravitational waves (2021)
  • 著者名/発表者名: Capozziello, S. ; Nojiri, S. ; Odintsov, S.D.
  • 雑誌名: Physics of the Dark Universe 巻: 33 ページ: id.100867
  • DOI: 10.1016/j.dark.2021.100867
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical system based on p-adic numbers (2021)
  • 著者名/発表者名: Terasawa, M. ; Nojiri, S
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 819 ページ: id.136410
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136410
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Different Faces of Generalized Holographic Dark Energy (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Paul, T.
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 13 ページ: id.928
  • DOI: 10.3390/sym13060928
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mimetic Euler-Heisenberg theory, charged solutions, and multihorizon black holes (2021)
  • 著者名/発表者名: Nashed,G.G.L. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: id.044043
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.044043
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rotating black hole in f(R) theory (2021)
  • 著者名/発表者名: Nashed,G.G.L. ; Nojiri, S.
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 11 ページ: id.007
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/11/007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Area-law versus Renyi and Tsallis black hole entropies (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Faraoni, V.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: id.084030
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.084030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ghost-free F(R,G) gravity (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri, S. ; Odintsov, S.D. ; Oikonomou, V.K. ;Popov, A.A.
  • 雑誌名: Nuclear Physics B 巻: 973 ページ: id.115617
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysb.2021.115617
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstructing H I power spectrum with minimal parameters using the dark matter distribution beyond haloes (2021)
  • 著者名/発表者名: Ando, Rika; Nishizawa, Atsushi J.; Shimizu, Ikko ; Nagamine, Kentaro
  • 雑誌名: MNRAS 巻: 507 ページ: 2937-2948
  • DOI: 10.1093/mnras/stab2284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hundreds of weak lensing shear-selected clusters from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program S19A data (2021)
  • 著者名/発表者名: Oguri, Masamune ; Miyazaki, Satoshi ; Li, Xiangchong; Luo, Wentao ; Mitsuishi, Ikuyuki ; Miyatake, Hironao ; More, Surhud ; Nishizawa, Atsushi J.; Okabe, Nobuhiro; Ota, Naomi; Plazas Malagテウn, Andrテゥs A.; Utsumi, Yousuke
  • 雑誌名: PASJ 巻: 73 ページ: 817-829
  • DOI: 10.1093/pasj/psab047
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamical evolution of voids with surrounding gravitational tidal field (2021)
  • 著者名/発表者名: Minoguchi, Mutsumi ; Nishizawa, Atsushi J. ; Takeuchi, Tsutomu T. ; Sugiyama, Naoshi
  • 雑誌名: MNRAS 巻: 503 ページ: 2804-2813
  • DOI: 10.1093/mnras/stab631
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of isotropic cosmic birefringence and its implications for axionlike particles including dark energy (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujita Tomohiro、Murai Kai、Nakatsuka Hiromasa、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.103.043509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Velocity-dependent interacting dark energy and dark matter with a Lagrangian description of perfect fluids (2021)
  • 著者名/発表者名: Beltran Jimenez, Jose、Bettoni Dario、Figueruelo David、Teppa Pannia Florencia A.、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021 ページ: 085～085
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/03/085
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological perturbations for ultralight axionlike particles in a state of Bose-Einstein condensate (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.103.123533
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probing elastic interactions in the dark sector and the role of S8 (2021)
  • 著者名/発表者名: Beltran Jimenez, Jose、Bettoni Dario、Figueruelo David、Teppa Pannia Florencia Anabella、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.103503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-scale CMB anisotropies induced by the primordial magnetic fields (2021)
  • 著者名/発表者名: Minoda Teppei、Ichiki Kiyotomo、Tashiro Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021 ページ: 093～093
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/03/093
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Subaru HSC Galaxy Clustering with Photometric Redshift. I. Dark Halo Masses versus Baryonic Properties of Galaxies at 0.3 < z < 1.4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, Shogo ; Kashikawa, Nobunari ; Tanaka, Masayuki ; Coupon, Jean ; Leauthaud, Alexie ; Toshikawa, Jun ; Ichikawa, Kohei ; Oogi, Taira ; Uchiyama, Hisakazu ; Niino, Yuu ; Nishizawa, Atsushi J.
  • 雑誌名: ApJ 巻: 904 ページ: pp.128
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abbd95
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Alcock Paczynski test with voids in 21 cm intensity field (2020)
  • 著者名/発表者名: Endo, Takao ; Tashiro, Hiroyuki ; Nishizawa, Atsushi J.
  • 雑誌名: MNRAS 巻: 499 ページ: 587-596
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2822
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cosmological constraints from cosmic shear two-point correlation functions with HSC survey first-year data (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamana, Takashi ; Shirasaki, Masato ; Miyazaki, Satoshi et al.,
  • 雑誌名: PASJ 巻: 72 ページ: 1-32
  • DOI: 10.1093/pasj/psz138
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining dark matter annihilation with HSC low surface brightness galaxies (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, Daiki ; Macias, Oscar ; Nishizawa, Atsushi J. ; Hayashi, Kohei ; Takada, Masahiro ; Shirasaki, Masato ; Ando, Shin'ichiro
  • 雑誌名: JCAP 巻: 1 ページ: id. 059
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/01/059
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Weak lensing Analysis of X-Ray-selected XXL Galaxy Groups and Clusters with Subaru HSC Data (2020)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Umetsu, Mauro Sereno, Maggie Lieu, et al.,
  • 雑誌名: ApJ 巻: 890 ページ: pp.36
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6bca
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Scaling solutions and weak gravity in dark energy with energy and momentum couplings (2020)
  • 著者名/発表者名: Amendola Luca、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2020 ページ: 020～020
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/06/020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Suppressed cosmic growth in coupled vector-tensor theories (2020)
  • 著者名/発表者名: De Felice Antonio、Nakamura Shintaro、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.063531
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] General formulation of cosmological perturbations in scalar-tensor dark energy coupled to dark matter (2020)
  • 著者名/発表者名: Kase Ryotaro、Tsujikawa Shinji
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2020 ページ: 032～032
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/11/032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraining the nature of ultra light dark matter particles with the 21 cm forest (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimabukuro, Hayato; Ichiki, Kiyotomo ; Kadota, Kenji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 ページ: id.043516
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.043516
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 21 cm forest probes on axion dark matter in postinflationary Peccei-Quinn symmetry breaking scenarios (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimabukuro, Hayato; Ichiki, Kiyotomo ; Kadota, Kenji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: id.023522
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.023522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous determination of the cosmic birefringence and miscalibrated polarization angles from CMB experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Minami, Yuto; Ochi, Hiroki ; Ichiki, Kiyotomo ; Katayama, Nobuhiko ; Komatsu, Eiichiro ; Matsumura, Tomotake
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2019 ページ: id.083E02
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz079
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Delta-map method of removing CMB foregrounds with spatially varying spectra (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiki Kiyotomo、Kanai Hiroaki、Katayama Nobuhiko、Komatsu Eiichiro
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2019 ページ: -
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-correlation between 21-cm radiation and CMB B modes from the cosmic birefringence in the presence of a light scalar field (2019)
  • 著者名/発表者名: Kadota Kenji、Ooba Junpei、Tashiro Hiroyuki、Ichiki Kiyotomo、Liu Guo-Chin
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.063506
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Measuring the cosmological density field twice: A novel test of dark energy using CMB the quadrupole (2022)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 基研研究会「次世代CMB観測と宇宙論」
  • 招待講演
• [学会発表] DES Y3とFermi LATによるダークマター対消滅に関する制限 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 天文学会春季年会
• [学会発表] Particle Physics Properties of DM probed by gamma-ray, LSBGs and IGM (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 学術変革A科研費シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 銀河団偏光と宇宙マイクロ波背景輻射四重極揺らぎを用いた暗黒エネルギーの新しい検証法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 立教大学コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙マイクロ波背景輻射観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 天文観測におけるビッグデータ解析と宇宙論パラメータの推定
  • 招待講演
• [学会発表] 21cm forest constraints on primordial black holes (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: Brain-storming workshop on Primordial Black Holes and Gravitational Waves
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Epoch of Reionization and the Square Kilometre Array (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 第4回 CMB JSPS研究拠点形成事業・国内交流若手セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Compact Star in General F(R) Gravity and Non-Integer Power Correction (2021)
  • 著者名/発表者名: 野尻伸一
  • 学会等名: Recent Advances in Theoretical Cosmology and Astrophysics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Statistical System based on p-adic number (2021)
  • 著者名/発表者名: 野尻伸一
  • 学会等名: Symmetry 2021 - The 3rd International Conference on Symmetry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roman_x_Subaru Photoz w/ 20 HSC Intermediate bands (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: Roman Subaru joint workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 深層学習による欠損データを含む測光的赤方偏移推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 天文学会春季年会
• [学会発表] Subaru HSC mediumband survey (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: Subaru 3 kickoff meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HSC Photoz working group (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: HSC collaboration meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Weak gravity in dark energy with energy and momentum couplings (2021)
  • 著者名/発表者名: 辻川信二
  • 学会等名: Quarks
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 偏光スニヤエフゼルドビッチ効果を用いた宇宙論 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 国立天文台研究集会「(サブ)ミリ波単一鏡の革新で挑む, 天文学の未解決問題」
  • 招待講演
• [学会発表] updates on HSC photo-z (2020)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: HSCーXXL workshop 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deep Neural Net Photometric redsfhit (dNNz) with missing data (2020)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 観測的宇宙論ワークショップ
• [学会発表] Scaling solutions and weak gravity in dark energy with energy and momentum couplings (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻川信二
  • 学会等名: J-PAS meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modified gravity theories with application to cosmology (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻川信二
  • 学会等名: XXX Jorge Andre Swieca School on Particles and fields
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cosmology with CMB Quadrupoles (2020)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 7th Korea-Japan Workshop on Dark Energy: Maeda's Universe
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SKA宇宙論 (2020)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: Testing Gravity THxOBS Japan kickoff meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Cosmology with CMB polarization: current status and future prospects (2019)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会２０１９
  • 招待講演
• [学会発表] LiteBIRD mission and Japanese activities related to the CMB foregrounds (2019)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: the Rencontres du Vietnam
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 入門 現代の宇宙論 インフレーションから暗黒エネルギーまで (2022)
  • 著者名/発表者名: 辻川 信二
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 4065266319