| 研究課題/領域番号 |
11J05622
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
関口 豊和 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| キーワード | インフレーション / 観測的宇宙論 / 素粒子宇宙論 / 暗黒物質 |
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| 研究概要 |
本年度、私はインフレーションを初めとする素粒子理論に基づく宇宙初期の理論モデルを、現在または将来の宇宙論的観測を用いて制限することを研究してきた。主な研究成果は以下の通りである。
まず宇宙初期に作られた等曲率揺らぎについて幾つか研究を行った。宇宙初期のインフレーションにおいて真空中の量子揺らぎが引き延ばされて密度揺らぎの種となったと考えられる。その時期に存在する様々な軽い場の量子揺らぎが密度揺らぎに寄与する可能性がある。複数の場の揺らぎから密度揺らぎが作られた場合、宇宙に存在するバリオンや暗黒物質(CDM)、ニュートリノ等の密度揺らぎは、光子とは異なる揺らぎ(等曲率揺らぎ)を持ち得る。等曲率揺らぎを調べることは、高エネルギースケールでの素粒子モデルを知るとともに、バリオンやCDM,ニュートリノ等の生成機構を知る上で重要な手がかりとなる。
(1)CDMとバリオン等曲率揺らぎの区別可能性を議論した。その中で、それら2種類の等曲率揺らぎが宇宙背景放射や重力レンズなど多くの観測では区別困難であることを詳細に示すとともに、将来の21cm輝線を用いることでこれらがどこまで区別可能かを定量的に示した。(2)ニュートリノを含む宇宙に存在する相互作用の小さな輻射成分(暗黒輻射)のもつ等曲率ゆらぎについて研究を行った。これまで、暗黒輻射成分の等曲率揺らぎを生成する機構はごく限られたものしか知られていなかったが、我々は暗黒輻射成分が異なる揺らぎを持った場から作られるときそのような等曲率揺らぎが生成されうることを示した。一般的な定式化とともにアクシオンモデルやAffleck-Dine機構といった具体例の予言を与えた。その上で、観測からそのような暗黒輻射の等曲率揺らぎの制限についても議論を行った。
併せて、暗黒物質についても研究を行ってきた。暗黒物質の対消滅が、ビッグバン元素合成や宇宙背景放射の観測からどの程度制限されるかを議論した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度、初期揺らぎの種類に対する制限を中心に論文として発表を行ってきた。その中で、宇宙マイクロ波背景放射や21cm輝線の観測を用いた制限を見積もる計算コードを作成しており、今後初期揺らぎに対する制限を議論する準備ができたと言える。また、揺らぎの非ガウス性などについても制限を見積もるコードを作成中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに作成した計算コードを用いて、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)や21cm線の観測から初期揺らぎの振幅、スケール依存性がどの程度制限されるか議論していく。併せて、揺らぎの非ガウス性についてCMBや大規模構造を用いた制限を議論していく。CMBについてはマップデータを用いるコードを作成中であり、完成後、所属研究室の大規模計算機を用いて現在または将来の観測から得られる制限を見積もる予定である。大規模構造を用いた非ガウス性については現在解析的な計算を進めている。最終的にはこれらを様々なインフレーションモデルや初期揺らぎの生成機構に適用し、これらがどの程度観測的に区別可能か議論する。
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