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2016 年度 実施状況報告書

高エネルギー宇宙線観測および加速器実験に基くブラックホール暗黒物質シナリオの検証

研究課題

研究課題/領域番号 16K17675
研究機関弘前大学

研究代表者

仙洞田 雄一  弘前大学, 理工学研究科, 助教 (80606111)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードブラックホール / 暗黒物質 / 宇宙線
研究実績の概要

本研究計画の最終目標の一つは反陽子宇宙線の観測データからブラックホール暗黒物質を探査するないしその存在量の上限を定めることであるが、そのためには暗黒物質として銀河ハローに存在するブラックホールが放射する反陽子の量と、標準的な宇宙物理学的過程である宇宙線陽子およびヘリウムと星間物質との衝突で生成される反陽子の量を、いずれも可能な限り精確に推定する必要がある。本年度はこれらのための数値計算コード各部の開発を進めた。
まずブラックホールから放射される反陽子の計算のために、大型ハドロン衝突加速器での最近の実験に適合するモンテカルロ計算コードPYTHIAの最新版を用い、一次粒子として放射されるクォーク、レプトン、ゲージ粒子、ヒッグス粒子のそれぞれから枝分かれして最終的に生成される反陽子のエネルギースペクトルを求めるコードを作成した。とくにブラックホールの温度ごとにスペクトルを計算することが可能になった。
また並行して、標準的な反陽子の銀河円盤内での生成量をより精確に見積もるために、宇宙線陽子と星間ガスの衝突で生じる反陽子の生成断面積の計算に最近の実験結果に基づくフィッティングを取り入れたコードを作成した。
以上の反陽子生成に関する計算コードに加え、銀河内での反陽子の拡散伝搬を解いて地球への飛来量を求める部分についても開発を進め、拡散係数などの物理パラメーターとして最近の同種の研究で用いられているいくつかの標準的な組み合わせを組み込んだコードを作成した。

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

当初計画では初年度はブラックホールからの粒子放射の計算に集中することとしており、そのためのモンテカルロ計算の部分は予定通り完成した。一方、他の研究者らの動向を見て計画を変更し、次年度に着手する予定だった標準的過程での反陽子の生成と伝搬の計算も並行して進めることとした。これらの達成状況を総合すると、現状での進捗は計画全体に照らして順調である。

今後の研究の推進方策

初年度から継続して、ブラックホールからの粒子放射と標準過程での宇宙線の生成および伝搬の計算のための各コード開発を並行して進める。

次年度使用額が生じた理由

数値計算用のコンピューターに接続して用いる装置を購入する予定を立てていたが、発売価格が予期していたものより若干高くなったために予算残額が不足したので、次年度に購入を先送りすることにした。

次年度使用額の使用計画

次年度の経費で不足を補い、予定していた物品の購入にあてる。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Queen Mary University of London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Queen Mary University of London
  • [雑誌論文] Probing pre-inflationary anisotropy with directional variations in the gravitational wave background2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Furuya, Yuki Niiyama, Yuuiti Sendouda
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2017(01) ページ: 009

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2017/01/009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rapid merger of binary primordial black holes: An implication for GW1509142016

    • 著者名/発表者名
      Kimitake Hayasaki, Keitaro Takahashi, Yuuiti Sendouda, Shigehiro Nagataki
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 68 ページ: 66

    • DOI

      10.1093/pasj/psw065

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Constraints on primordial black holes from the Galactic gamma-ray background2016

    • 著者名/発表者名
      B. J. Carr, Kazunori Kohri, Yuuiti Sendouda, Jun'ichi Yokoyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 94 ページ: 044029

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.94.044029

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Bianchi I型の初期非等方性を持つ宇宙での原始重力波の量子化2017

    • 著者名/発表者名
      古谷有, 新山優樹, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-19 – 2017-03-19
  • [学会発表] Einstein-Weyl重力理論に対するインフレーション起源ベクトル摂動からの制限II2017

    • 著者名/発表者名
      新山優樹, 古谷有, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-18 – 2017-03-18
  • [学会発表] Gamma-ray constraints on the primordial black hole mass function around and above 5×10^{14} grams2017

    • 著者名/発表者名
      Yuuiti Sendouda
    • 学会等名
      Workshop on Primordial Black Holes
    • 発表場所
      Institute of Physics, Academia Sinica, Taipei, R.O.C.
    • 年月日
      2017-01-06 – 2017-01-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kasner-de Sitterインフレーションでの原始背景重力波:初期非等方性に対する観測的制限2016

    • 著者名/発表者名
      古谷有, 新山優樹, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [学会発表] Einstein-Weyl重力理論に対するインフレーション起源ベクトル摂動からの制限2016

    • 著者名/発表者名
      新山優樹, 古谷有, 仙洞田雄一
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学 木花キャンパス
    • 年月日
      2016-09-21 – 2016-09-21

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-21  

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