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2017 年度 実施状況報告書

インフレーション宇宙における暗黒物質の生成と進化

研究課題

研究課題/領域番号 17K05434
研究機関東京大学

研究代表者

川崎 雅裕  東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード原始ブラックホール / インフレーション模型 / 暗黒物質 / 超重力理論
研究実績の概要

平成29年度は、昨年度に引き続き原始ブラックホールを生成するインフレーション模型の構築を行った。まず、インフレーションが2段階で起こるダブルインフレーション模型に基づいて、生成される原始ブラックホールの質量関数を求め、最新の重力レンズ効果の観測と比較することによって原始ブラックホールが観測と矛盾することなく暗黒物質になることを明らかにした。また、原始ブラックホール生成に必要な大きな密度揺らぎの2次の効果に起因する重力波の生成量を定量的に見積もり、パルサータイミングの観測と矛盾なくLIGOで発見された重力波イベントが説明できることを示した。さらに、このダブルインフレーション模型は2つの質量ピークを持つ質量関数を予言し、暗黒物質とLIGOで発見された重力波イベントの両方を同時に説明できることを明らかにした。
また、原始ブラックホール生成の模型として、アクシオン・カーバトン模型とアフレック・ダイン機構に基づく模型の2つを提案し、これらの模型がLIGOで発見された重力波イベントを説明する原始ブラックホールを生成できることと、これらの模型における暗黒物質について調べ、アクシオン・カーバトン模型についてはアクシオンが暗黒物質の良い候補となること、アフレック・ダイン機構に基づく模型においては原始ブラックホールと同じ起源で作られるノントポロジカル・ソリトンであるQボールが暗黒物質になることを明らかにした。
宇宙初期の元素合成期に崩壊する粒子が元素合成に与える効果を調べるために従来の計算コードを改善し、最新の観測データを用いて崩壊に粒子に対する一般的な制限を求めた。また、これを超重力理論で予言されるグラビティーノに応用し、インフレーション後の宇宙の再加熱温度に対する制限をアップデートした。

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

当初計画していたように、原始ブラックホールを生成するインフレーション模型を構築でき、原始ブラックホールが暗黒物質を説明できるかどうかを明らかにすることができ、さらに新たな原始ブラックホール生成の模型を構築することができたため。

今後の研究の推進方策

LIGOがブラックホール連星合体による重力波イベントの発見したことによって、原始ブラックホールの研究の重要性・注目度が非常に高まっているので今後も引き続き、原始ブラックホールの生成や観測的検証に向けた研究に重点を置いて研究を進めつつ、当初の研究計画に沿って暗黒物質の研究も進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

コンピューター関連の機器の購入の予定が次年度に延びたため。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Revisiting big-bang nucleosynthesis constraints on long-lived decaying particles2018

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Kohri Kazunori、Moroi Takeo、Takaesu Yoshitaro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 97 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.97.023502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Double inflation as a single origin of primordial black holes for all dark matter and LIGO observations2018

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kawasaki Masahiro、Mukaida Kyohei、Yanagida Tsutomu T.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 97 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.97.043514

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Inflationary primordial black holes for the LIGO gravitational wave events and pulsar timing array experiments2017

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kawasaki Masahiro、Mukaida Kyohei、Tada Yuichiro、Yanagida Tsutomu T.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.95.123510

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relaxation leptogenesis, isocurvature perturbations, and the cosmic infrared background2017

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Kusenko Alexander、Pearce Lauren、Yang Louis
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.95.103006

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Inflationary primordial black holes as all dark matter2017

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kawasaki Masahiro、Mukaida Kyohei、Tada Yuichiro、Yanagida Tsutomu T.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.96.043504

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New type of charged Q-ball dark matter in gauge mediated SUSY breaking models2017

    • 著者名/発表者名
      Hong Jeong-Pyong、Kawasaki Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 95 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.95.123532

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gauged Q-ball decay rates into fermions2017

    • 著者名/発表者名
      Hong Jeong-Pyong、Kawasaki Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.96.103526

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oscillating Affleck-Dine condensate and its cosmological implications2017

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Fuminori、Kawasaki Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.96.063518

    • 査読あり
  • [雑誌論文] O(10)M primordial black holes and string axion dark matter2017

    • 著者名/発表者名
      Inomata Keisuke、Kawasaki Masahiro、Mukaida Kyohei、Tada Yuichiro、Yanagida Tsutomu T.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 96 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.96.123527

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Formation of primordial black holes in multi-field inflation models2018

    • 著者名/発表者名
      川崎雅裕
    • 学会等名
      14th Interational Conference of Computational Method in Science and Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Primordial black holes in multi-field inflation models2017

    • 著者名/発表者名
      川崎雅裕
    • 学会等名
      PASCOS 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmological problems of QCD axion2017

    • 著者名/発表者名
      川崎雅裕
    • 学会等名
      International workshop on "Axion physics and dark matter cosmology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 宇宙線研究所理論グループ

    • URL

      http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/th/th-j.html

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公開日: 2018-12-17  

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