宇宙の大規模構造形成論における密度揺らぎの振幅・統計分布の総合的研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05740276
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 横山 順一 京都大学, 基礎物理学研究所, 助教授 (50212303)
• キーワード: 宇宙論 / 構造形成 / 密度揺らぎ / 統計分布 / Negative Binomial分布 / インフレーション / バリオン数ゆらぎ / テクスチャー

研究概要

密度揺らぎの振幅に関する研究としてはまず、観測結果を再現する正しい振幅を予言するインフレーションの素粒子モデルの構築を行った。具体的には、素粒子の標準理論を超える物理を示唆するニつの実験事実、すなわち、加速器実験による超対称大統一理論の示唆とMSW機構による太陽ニュートリノ問題の解決に着目し、右巻きマヨラナニュートリノを含む超対称性理論を取り上げ、その枠内で理論の構築を行った。その結果、右巻きニュートリノのスーパーパートナーがインフレーションを起こすスカラー場として理想的な性質をもっていること、そしてその質量を10^<13>ギガ電子ボルトにとれば、COBEの観測結果を再現する密度揺らぎの振幅が得られることがわかった。
次に、超対称性理論の下ではバリオン数やレプトン数をもつスカラー場が存在するが、これがインフレーション中にもつ揺らぎの振幅を、これらの場がバリオン数やレプトン数を保存する場合と保存しない場合について計算した。 その結果、いずれの場合も宇宙論的に有用な揺らぎは生成しないことが判明した。これに関する論文は現在投稿中である。
密度揺らぎの統計分布に関する研究としては、位相的欠陥による構造形成論の例としてテクスチャーモデルを取り上げ、それが予言する密度揺らぎの統計分布を、数値計算の結果に基づきさまざまな手法で解析した。 とくに、揺らぎの高次相関関数が観測結果と一致する階層的な形をもっていることを見いだした。また、従来テクスチャーモデルは非ガウス型の揺らぎを生成し、これが構造形成を早めるのに役立つと考えられていたが、スカラー場の微分項の揺らぎを正しく評価することにより、実際の揺らぎはほぽガウス型であり、これまでの定説が誤りであることを示した。

研究成果

• [文献書誌] 村山斉、鈴木博、柳田勉、横山順一: "Chaotic inflation and Baryogenesis by right-handed sneutrinos" Physical Review Letters. 70. 1912-1915 (1993)
• [文献書誌] E.Gaztanaga、横山順一: "Statistical distribution of number-density fluctuations of galaxies" Vistas in Astronomy. 37. 439-442 (1993)
• [文献書誌] 長沢倫康、佐藤勝彦、横山順一: "Statistical properties of fluctuations produced by global textures" Publ.Astron Soc.Japan. 45. 755-760 (1993)
• [文献書誌] 佐々木節、鈴木博、山本一博、横山順一: "Probability Distribution Functional for equal-time correlation functions in curved space" Int.J.of Modern Physics A. 9. 221-238 (1994)
• [文献書誌] 佐々木節、田中貴浩、山本一博、横山順一: "Quantum state inside a vacuum bubble and creation of an open universe" Physics Letters B. 317. 510-516 (1993)
• [文献書誌] 佐々木節、田中貴浩、山本一博、横山順一: "Quantum state during and after nucleation of an O(4)-symmetric bubble" Prog.Theor.Phys.90. 1019-1038 (1993)
• [文献書誌] 横山順一他: "大学院宇宙物理(第9章)" 講談社(印刷中), (1994)