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2020 年度 実績報告書

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
キーワード暗黒物質 / アクシオン / 原始ブラックホール
研究実績の概要

本年度は暗黒物質の対消滅による宇宙マイクロ波背景放射に対する影響を詳しく調べた。暗黒物質の有力な候補である弱い相互作用しかしない質量を持った粒子(WIMP)は宇宙初期において対消滅反応率が宇宙膨張に比べて小さくなって熱浴から離脱することからその存在量が決まるが、離脱後も対消滅反応は起こり反応によって生じる高エネルギーの光子や電子・陽電子はバックグランドのプラズマと相互作用し電磁シャワーを生成しながらエネルギーを失っていく。この過程において水素やヘリウムがイオン化され再結合時前後の電離史が変更を受けそれが宇宙マイクロ波背景放射の非等方性に影響を与えることから暗黒物質の対消滅に対する制限を得ることができる。代表者は以前開発した高エネルギー光子・電子のスペクトルの時間発展を計算するコードを精密化し、新たにヘリウムの電離過程を加える等の改良を行い、最新の観測データを用いて暗黒物質の対消滅断面積に対する信頼度の高い制限を得た。
暗黒物質候補の非常に軽いアクシオンが宇宙初期にオシロン(Iボール)と呼ばれるノンとポロジカル・ソリトンを生成することに着目し、生成したオシロンが作る等曲率ゆらぎを数値格子シミュレーションを用いて調べ、長波長にカットオフをを持つポアソン分布に従う揺らぎが生されることを明らかにした。さらに、オシロンの揺らぎによって小質量の暗黒物質ハロー数が増加することから中性水素の21cm線の吸収線の観測からアクシオンによるオシロン形成が検証できる可能性があることを示した。
また、重力波検出器LIGOで発見された原始ブラックホールを説明するするアクシオン・カーバトン模型が同時に最近パルサータイミング観測で示唆された重力波も説明できることを示した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] NANOGrav Results and LIGO-Virgo Primordial Black Holes in Axionlike Curvaton Models2021

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

      Physical Review Letters

      巻: 126 ページ: 131301-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.126.131301

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Oscillons of axion-like particle: mass distribution and power spectrum2021

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Nakano Wakutaka、Nakatsuka Hiromasa、Sonomoto Eisuke
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2021 ページ: 061~061

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/01/061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Big-bang nucleosynthesis with sub-GeV massive decaying particles2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Kohri Kazunori、Moroi Takeo、Murai Kai、Murayama Hitoshi
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 ページ: 048~048

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/12/048

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Big bang nucleosynthesis constraints on sterile neutrino and lepton asymmetry of the Universe2020

    • 著者名/発表者名
      Gelmini Graciela B.、Kawasaki Masahiro、Kusenko Alexander、Murai Kai、Takhistov Volodymyr
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 ページ: 051~051

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/09/051

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gravitational wave production right after a primordial black hole evaporation2020

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

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 123533-1~25

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.123533

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Revisiting oscillon formation in the Kachru-Kallosh-Linde-Trivedi scenario2020

    • 著者名/発表者名
      Kasuya Shinta、Kawasaki Masahiro、Otani Francis、Sonomoto Eisuke
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 43016-1~8

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.043016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation of primordial black holes and gravitational waves from dilaton-gauge field dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Nakatsuka Hiromasa、Obata Ippei
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 ページ: 007~007

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/05/007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Q-ball decay through A-term in the gauge-mediated SUSY breaking scenario2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Masahiro、Nakatsuka Hiromasa
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 ページ: 017~017

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/04/017

    • 査読あり
  • [図書] 宇宙物理学ハンドブック2020

    • 著者名/発表者名
      高原文郎、家正則、小玉英雄、高橋忠幸 編
    • 総ページ数
      912
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4-254-13127-7

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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